甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)的試驗(yàn)研究

滑海寧，史本偉，邱坤

(長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西西安　710064)

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甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)的試驗(yàn)研究

滑海寧，史本偉，邱坤

(長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西西安710064)

摘要：對(duì)甲醇汽油的相對(duì)介電常數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究，分析甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)隨甲醇汽油中甲醇的體積分?jǐn)?shù)、甲醇汽油調(diào)配過程中所用基礎(chǔ)油以及溫度的變化關(guān)系。結(jié)果表明：甲醇汽油的相對(duì)介電常數(shù)隨甲醇汽油中甲醇體積分?jǐn)?shù)的增加而增大(增大呈先緩、后急、再緩的趨勢(shì))；當(dāng)甲醇汽油中甲醇的體積分?jǐn)?shù)低于15%時(shí)，甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)受溫度影響很?。划?dāng)甲醇的體積分?jǐn)?shù)大于15%時(shí)，甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)隨溫度升高而增大；不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的同型號(hào)基礎(chǔ)油對(duì)甲醇汽油的相對(duì)介電常數(shù)影響甚小。

關(guān)鍵詞：甲醇汽油；相對(duì)介電常數(shù)；甲醇體積分?jǐn)?shù)；溫度

甲醇的理化特性與車用汽油十分接近，將甲醇按不同比例添加到車用汽油中可以制成不同甲醇含量的甲醇汽油[1-4]。實(shí)際推廣應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃用含少量甲醇的汽油時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給系統(tǒng)無需進(jìn)行任何改動(dòng)[5-8]；發(fā)動(dòng)機(jī)燃用含較多甲醇的汽油時(shí)，需加裝靈活燃料控制器以調(diào)整噴油量，避免因混合氣過稀而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)使用性能下降[9-11]。

在靈活燃料控制器中設(shè)置甲醇燃料識(shí)別系統(tǒng)，使其能在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)之前檢測(cè)油箱內(nèi)甲醇汽油中甲醇的含量，并將該甲醇含量轉(zhuǎn)變成靈活燃料控制器ECU能識(shí)別的參數(shù)信號(hào)，ECU經(jīng)過運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，將靈活燃料控制器調(diào)至對(duì)應(yīng)擋位，從而改變噴油量，對(duì)提高甲醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能、加速甲醇汽油推廣具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

目前測(cè)定甲醇汽油中甲醇含量的主要方法有：氣相色譜法、水相快速檢測(cè)法、近紅外光譜法和中紅外光譜法[12-17]。上述檢測(cè)方法雖然都能夠準(zhǔn)確測(cè)定甲醇汽油中的甲醇含量，但仍停留在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試階段，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，不能滿足車載甲醇燃料識(shí)別系統(tǒng)的使用要求。

研究發(fā)現(xiàn)，甲醇與車用汽油的介電常數(shù)和電導(dǎo)率存在較大差異[18-19]，室溫時(shí)，車用汽油的介電常數(shù)和電導(dǎo)率分別為1.80～2.05和10-14～5×10-11s/m，甲醇的介電常數(shù)和電導(dǎo)率分別為33.6和3×10-8s/m，車用汽油的電導(dǎo)率與甲醇相差甚遠(yuǎn)，因此電導(dǎo)率是識(shí)別汽油中甲醇含量的理想?yún)?shù)。但由于車用汽油電導(dǎo)率變化范圍過大，在車用甲醇汽油調(diào)配過程中容易因油的組分的變化而導(dǎo)致識(shí)別結(jié)果發(fā)生較大偏差，因此，不宜用車用甲醇汽油的電導(dǎo)率識(shí)別甲醇含量。因甲醇與車用汽油的介電常數(shù)相差較大，且車用汽油的介電常數(shù)隨自身組分變化范圍較小，故介電常數(shù)是區(qū)分車用甲醇汽油中不同甲醇含量的理想?yún)?shù)。本文通過試驗(yàn)，分析不同因素對(duì)甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)的影響。

1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1試驗(yàn)裝置

1)自制耐醇電容傳感器。主要參數(shù)：長(zhǎng)方形極板的板長(zhǎng)、寬分別為100、50 mm，電極厚度為0.05 mm，極板間距為10 mm。

2)HG2612B型電容測(cè)量分選儀。測(cè)量范圍為0.01～0.10 pF，測(cè)量精度為0.1%，測(cè)量頻率為120～104Hz。

3)恒溫實(shí)驗(yàn)箱。恒溫溫控范圍-70～150 ℃。

1.2試驗(yàn)試劑

中國(guó)石油化工集團(tuán)公司(簡(jiǎn)稱中石化)生產(chǎn)的92#、93#汽油；中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司(簡(jiǎn)稱中石油)生產(chǎn)的92#、93#汽油；甲醇為分析純。

1.3試驗(yàn)方法

分別以中石化92#、93#汽油和中石油92#、93#汽油為基礎(chǔ)油，添加不同量的甲醇，調(diào)配成含有不同甲醇體積分?jǐn)?shù)的M0、M5、M10、M15、M20、M25、M30、M35、M45、M55、M65、M75、M85、M95和M100(數(shù)字為甲醇汽油中甲醇的體積分?jǐn)?shù)，M0為汽油，M100為甲醇)的甲醇汽油。然后將調(diào)配好的甲醇汽油放置到恒溫實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)，調(diào)節(jié)恒溫實(shí)驗(yàn)箱的溫度。待油樣溫度達(dá)到設(shè)定值后，依次取出油樣，將自制電容傳感器放置到油樣中，用電容測(cè)定儀測(cè)定自制電容傳感器的電容，再按電容與相對(duì)介電常數(shù)之間的計(jì)算公式換算出試驗(yàn)條件下油樣的相對(duì)介電常數(shù)。

圖1　恒溫下甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)隨甲醇體積分?jǐn)?shù)的變化關(guān)系

2試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1甲醇的體積分?jǐn)?shù)對(duì)甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)的影響

試驗(yàn)溫度為15 ℃時(shí)，甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)隨甲醇體積分?jǐn)?shù)的變化關(guān)系如圖1所示。從圖1中可以看出：在溫度恒定的情況下，甲醇汽油的相對(duì)介電常數(shù)隨甲醇汽油中甲醇的體積分?jǐn)?shù)的增加而增大。當(dāng)甲醇的體積分?jǐn)?shù)小于10%時(shí)，隨甲醇體積分?jǐn)?shù)的增加，甲醇汽油的相對(duì)介電常數(shù)增大不明顯；當(dāng)甲醇的體積分?jǐn)?shù)為10%～30%時(shí)，隨甲醇的體積分?jǐn)?shù)的增加，甲醇汽油的相對(duì)介電常數(shù)迅速增大；當(dāng)甲醇的體積分?jǐn)?shù)超過30%時(shí)，隨甲醇的體積分?jǐn)?shù)的增加，甲醇汽油的相對(duì)介電常數(shù)增大趨勢(shì)變緩。這一變化趨勢(shì)同文獻(xiàn)[20]得到的乙醇汽油的介電常數(shù)隨乙醇汽油中乙醇的體積分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律吻合。

2.2基礎(chǔ)油對(duì)甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)的影響

在室溫條件下，甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)與甲醇汽油調(diào)配過程中所用基礎(chǔ)油的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。由表1可知，在不同廠家生產(chǎn)的同型號(hào)基礎(chǔ)油中加入等量的甲醇，所得甲醇的體積分?jǐn)?shù)相同的甲醇汽油的相對(duì)介電常數(shù)十分接近，即不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的同型號(hào)基礎(chǔ)油對(duì)甲醇汽油的相對(duì)介電常數(shù)影響非常小。

表1　甲醇汽油的相對(duì)介電常數(shù)與基礎(chǔ)油的對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.3試驗(yàn)溫度對(duì)甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)的影響

圖2　不同溫度下甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)隨甲醇體積分?jǐn)?shù)的變化關(guān)系

不同溫度下，甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)隨甲醇汽油中甲醇的體積分?jǐn)?shù)的變化關(guān)系如圖2所示。由圖2可以看出：當(dāng)甲醇汽油中甲醇的體積分?jǐn)?shù)低于15%時(shí)，甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)受溫度影響很小；當(dāng)甲醇的體積分?jǐn)?shù)大于15%時(shí)，甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)隨溫度升高而增大，且隨著甲醇的體積分?jǐn)?shù)的增加，甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)受溫度影響越來越明顯。另外，甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)隨甲醇的體積分?jǐn)?shù)的變化趨勢(shì)并沒有隨溫度升高或降低而發(fā)生變化。

3結(jié)論

介電常數(shù)是區(qū)分車用甲醇汽油中甲醇含量的理想?yún)?shù)。通過試驗(yàn)分析不同因素對(duì)甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)的影響，結(jié)果表明：

1)甲醇汽油的相對(duì)介電常數(shù)隨甲醇汽油中甲醇的體積分?jǐn)?shù)的增加而增大；隨著甲醇的體積分?jǐn)?shù)的增加，甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)受溫度影響越來越大，當(dāng)甲醇汽油中甲醇的體積分?jǐn)?shù)低于15%時(shí)，甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)受溫度影響很小，當(dāng)甲醇的體積分?jǐn)?shù)大于15%時(shí)，甲醇汽油相對(duì)介電常數(shù)隨溫度升高而增大。

2)選擇中石油92#、93#汽油與中石化92#、93#汽油作為基礎(chǔ)油，在同型號(hào)基礎(chǔ)油中加入等量的甲醇，所得甲醇的體積分?jǐn)?shù)相同的甲醇汽油的相對(duì)介電常數(shù)相差甚小。

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(責(zé)任編輯：楊秀紅)

Experimental Study on Relative DielectricConstant of Methanol Gasoline

HUAHaining，SHIBenwei，QIUKun

(SchoolofAutomobile,Chang′anUniversity,Xi′an710064,China)

Abstract:To analyze the relative dielectric constant of methanol gasoline changing with the volume percentage of methanol in methanol gasoline, the base oil used in the blending process of methanol gasoline and the temperature, this paper conducts an experiment. The results show that the relative dielectric constant of methanol gasoline increases with the methanol volume fraction (with the trend being small at first, then big and then small again).When the methanol volume fraction is less than 15%, the relative dielectric constant of methanol gasoline will almost not be affected by the temperature. When the methanol volume fraction is more than 15%, the relative dielectric constant of methanol gasoline will increase with the temperature. The same type of the base oil produced by different manufacturers has little influence on the relative dielectric constant.

Key words:methanol gasoline； relative dielectric constant; methanol volume fraction; temperature

中圖分類號(hào)：TE626.21

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-0032(2016)01-0012-04

DOI：10.3969/j.issn.1672-0032.2016.01.003

作者簡(jiǎn)介：滑海寧(1986—)，男，山東威海人，助理工程師，主要研究方向?yàn)榻煌ㄐ履茉矗珽-mail:594121757@qq.com.

基金項(xiàng)目：長(zhǎng)安大學(xué)中央高?；痦?xiàng)目(310850130186)

收稿日期：2016-01-12