余熱氣化甲醇燃料對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能的影響分析

梅昆

摘要：在現(xiàn)代生活中，內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用發(fā)展越來(lái)越受到人們的關(guān)注。為了推動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的未來(lái)發(fā)展，需要實(shí)現(xiàn)余熱氣化甲醇燃料在其中的有效應(yīng)用。由于傳統(tǒng)技術(shù)的限制，現(xiàn)有的余熱氣化甲醇燃料存在著一定的問題和不足。本文通過(guò)分析甲醇燃料的應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)其余熱氣化的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上，本文通過(guò)分析內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)應(yīng)用于余熱氣化甲醇燃料的內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了總結(jié)。同時(shí)，本文結(jié)合時(shí)代技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)，對(duì)余熱氣化甲醇燃料的熱力過(guò)程和燃燒模型設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究，并探討了其對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能的影響結(jié)果。這些研究對(duì)余熱氣化甲醇燃料的應(yīng)用和內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展有著重要的意義，有很好的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：余熱氣化;甲醇燃料;內(nèi)燃機(jī)

0? 引言

在現(xiàn)代生活中，內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用對(duì)人們的生活與生產(chǎn)活動(dòng)的進(jìn)行有著特殊的影響，其研究也一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越成熟。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)已經(jīng)發(fā)展出多種不同的種類，基本可以滿足人們不同的應(yīng)用需求。

隨著時(shí)代的發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)也逐漸暴露出自身的缺陷和不足。為了克服傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的不足，推動(dòng)新技術(shù)在內(nèi)燃機(jī)中的應(yīng)用逐漸成為了人們關(guān)注的重點(diǎn)。甲醇燃料作為一種高效清潔的燃料，其應(yīng)用對(duì)內(nèi)燃機(jī)的未來(lái)發(fā)展有著重要的影響。為了滿足內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展要求，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，推動(dòng)余熱氣化甲醇燃料在內(nèi)燃機(jī)中的應(yīng)用越來(lái)越受到人們的關(guān)注。研究余熱氣化甲醇燃料對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能的影響也成為了人們關(guān)注的重點(diǎn)之一。

本文擬通過(guò)分析余熱氣化甲醇燃料的發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀，研究探討其對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能的影響。

1? 甲醇燃料的應(yīng)用與余熱氣化

內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)之一。由于傳統(tǒng)燃料的限制，現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)會(huì)造成一定的環(huán)境污染問題。甲醇燃料作為一種清潔的燃料，其應(yīng)用發(fā)展也受到了人們的重點(diǎn)關(guān)注。

1.1 甲醇燃料的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

甲醇燃料是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型能源，是用于替代傳統(tǒng)燃料的能源之一。傳統(tǒng)的燃料例如汽油、柴油等，在燃燒的過(guò)程中會(huì)排放大量的污染物。這些污染物會(huì)對(duì)環(huán)境等造成嚴(yán)重的破壞。因此，長(zhǎng)期以來(lái)人們都在積極尋找可用于替代這些燃料的新型清潔燃料。

甲醇燃料是國(guó)際上公認(rèn)的清潔燃料，甲醇為含氧化合物，其燃燒排放比石油燃燒所生成的有害物質(zhì)明顯降低。目前比較成熟的甲醇燃料是利用工業(yè)甲醇或燃料甲醇，加變性醇添加劑，與現(xiàn)有國(guó)標(biāo)汽柴油（或組分油），按一定體積（或重量比）經(jīng)嚴(yán)格科學(xué)工藝調(diào)配制成的一種新型清潔燃料。這種新型燃料基本可以在石油燃料系統(tǒng)中使用。而相比傳統(tǒng)的燃料，則在污染物排放量等方面有更好的表現(xiàn)。

目前，甲醇燃料的發(fā)展已經(jīng)比較成熟。例如現(xiàn)有的甲醇柴油，在粘度、熱值等方面已經(jīng)很接近柴油，可替代柴油使用于內(nèi)燃機(jī)柴油機(jī)車、工業(yè)鍋爐、灶爐等領(lǐng)域。但在應(yīng)用的過(guò)程中，甲醇燃料也暴露出了自身的一些問題。為了推動(dòng)其未來(lái)發(fā)展，需要推動(dòng)余熱氣化甲醇燃料的發(fā)展和應(yīng)用。

1.2 甲醇燃料的余熱氣化發(fā)展現(xiàn)狀分析

近年來(lái)，甲醇燃料的余熱氣化發(fā)展受到了人們的重點(diǎn)關(guān)注。甲醇燃料雖然相比傳統(tǒng)燃料有諸多優(yōu)點(diǎn)，但也存在著許多缺點(diǎn)，主要包括：

①甲醇本身有比較高的汽化潛熱。這種特性會(huì)導(dǎo)致甲醇燃料在低溫情況下的起動(dòng)性能比較差。

②當(dāng)甲醇與汽油混合后，會(huì)顯著提高其蒸氣壓。在這種情況下，如果燃料處于高溫狀態(tài)中，很容易造成氣阻現(xiàn)象。

③甲醇如果發(fā)生不完全燃燒現(xiàn)象，很容易造成非常規(guī)污染物的排放。包括容易對(duì)人體造成危害的甲醛等。

為了克服甲醇燃料存在的上述問題，人們提出了甲醇燃料余熱氣化的發(fā)展方向。這種處理方法是在現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的基礎(chǔ)上，利用內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，預(yù)先對(duì)甲醇燃料進(jìn)行加熱處理，促進(jìn)甲醇的氣化。這種處理方法不僅可以有效提高甲醇燃料的燃燒效率，對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的性能提高等也有一定的幫助。

2? 余熱氣化甲醇燃料與內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用

為了推動(dòng)甲醇燃料余熱氣化的發(fā)展，需要對(duì)現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行一定程度的改造。本文通過(guò)分析內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)基于余熱氣化甲醇燃料的內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究。

2.1 內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀

內(nèi)燃機(jī)是目前廣泛應(yīng)用的一種動(dòng)力機(jī)械，對(duì)人們?nèi)粘Ｉ畹倪M(jìn)行有著重要的影響。內(nèi)燃機(jī)通過(guò)使燃料在機(jī)器內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動(dòng)力的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。廣義上的內(nèi)燃機(jī)不僅包括往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)和自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，也包括旋轉(zhuǎn)葉輪式的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。但在一般情況下，人們所說(shuō)的內(nèi)燃機(jī)更多地是指活塞式內(nèi)燃機(jī)，其中以往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)最為普遍。

活塞式內(nèi)燃機(jī)通過(guò)混合燃料和空氣，促進(jìn)其在氣缸內(nèi)部燃燒，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。目前常見的活塞式內(nèi)燃機(jī)包括汽油機(jī)、柴油機(jī)等。不同活塞式內(nèi)燃機(jī)的工作特點(diǎn)不同，也有著不同的應(yīng)用面。

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)制造體系等都已經(jīng)比較成熟。為了滿足新型燃料的應(yīng)用需求，需要在現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，進(jìn)行一定的改動(dòng)。

2.2 基于余熱氣化甲醇燃料的內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)

為了使內(nèi)燃機(jī)能夠更好地滿足甲醇燃料的使用需求，本文通過(guò)分析甲醇燃料和現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的特點(diǎn)，對(duì)基于余熱氣化甲醇燃料的內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了分析。

甲醇燃料與汽油相比，兩者的密度等都比較相近。由于甲醇自身的特點(diǎn)，其相比汽油更加容易存儲(chǔ)和運(yùn)輸。同時(shí)，由于甲醇燃料屬于混合型燃料，其具有比較高的辛烷值，同時(shí)也具有比較寬泛的稀燃范圍。

根據(jù)甲醇燃料的特點(diǎn)，本文認(rèn)為在現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的基礎(chǔ)上，可以添加甲醇蒸汽發(fā)生器。這種發(fā)生器的主要構(gòu)件包括甲醇箱、蒸發(fā)器、噴射器等等。其具體功能主要是蒸發(fā)器利用內(nèi)燃機(jī)的余熱等，實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醇的蒸發(fā)氣化。在完成上述工作后，由噴射器進(jìn)行甲醇蒸汽的精準(zhǔn)噴射控制。同時(shí)，考慮到內(nèi)燃機(jī)在啟動(dòng)初期溫度比較低，無(wú)法滿足甲醇?xì)饣男枨?。因此，該系統(tǒng)還需要設(shè)計(jì)輔助加熱系統(tǒng)。主要是利用電熱絲等外部加熱方式促進(jìn)甲醇蒸汽的產(chǎn)生。

3? 余熱氣化甲醇燃料對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能的影響

為了研究余熱氣化甲醇燃料對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能的影響，本文通過(guò)分析其熱力過(guò)程，建立了相應(yīng)的分析模型，并進(jìn)行了結(jié)果計(jì)算。并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合多方資料，對(duì)具體的影響結(jié)果進(jìn)行了研究。

3.1 余熱氣化甲醇燃料的熱力過(guò)程分析

本文通過(guò)分析多方資料，結(jié)合甲醇燃料的燃燒特點(diǎn)，對(duì)其余熱氣化的熱力過(guò)程進(jìn)行了研究：

在甲醇的初始狀態(tài)中，壓力比較低，例如初始?jí)毫?.1MPa。為了促使甲醇燃料從甲醇箱進(jìn)入蒸發(fā)器，需要對(duì)其施加一定的壓力，則其壓力會(huì)上升至0.5MPa。在利用內(nèi)燃機(jī)的余熱加熱的過(guò)程中，甲醇燃料的壓力會(huì)不斷升高，最終表現(xiàn)為蒸汽狀態(tài)。在此狀態(tài)下，甲醇燃料即可由噴射器進(jìn)行噴射，進(jìn)行后續(xù)的燃燒活動(dòng)等。

甲醇燃料的整體變化曲線類似于單個(gè)周期的正弦波，壓力的基本變化趨勢(shì)為低-高-低，分別表示甲醇燃料的初始狀態(tài)、加熱狀態(tài)和燃燒狀態(tài)。而最終的燃燒狀態(tài)壓力也要高于甲醇燃料的初始狀態(tài)。

3.2 余熱氣化甲醇燃料燃燒的模型建立與計(jì)算

通過(guò)分析余熱氣化甲醇燃料的熱力過(guò)程中，本文在此基礎(chǔ)上建立了相應(yīng)的燃燒分析模型，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行了計(jì)算。目前，已經(jīng)有部分軟件可以專門應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)的燃燒過(guò)程模擬。本文通過(guò)分析資料，選擇了GT-power軟件。該軟件被廣泛應(yīng)用內(nèi)燃機(jī)的分析，有精確模擬等多種功能。本文利用GT-power軟件建立了相應(yīng)的仿真模型，模型結(jié)構(gòu)主要包括進(jìn)氣系統(tǒng)、工作系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)燃機(jī)整個(gè)工作過(guò)程的仿真。

在完成模型建立工作后，本文根據(jù)甲醇燃料的特點(diǎn)和性能參數(shù)，進(jìn)行了模型標(biāo)定和仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了記錄。為了提高仿真結(jié)果的可信度，本文利用實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果與理論結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。研究發(fā)現(xiàn)兩者的計(jì)算值基本一致。因此，本文認(rèn)為該模型的仿真測(cè)試是有效的。

3.3 余熱氣化甲醇燃料對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能的影響結(jié)果分析

通過(guò)分析甲醇燃料的燃燒結(jié)果，本文研究了其對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能的影響：

首先，在常規(guī)內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用過(guò)程中，甲醇燃料會(huì)導(dǎo)致一定的輸出功率下降，下降范圍基本保持在5%～7.1%之間。這是由于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)很難滿足甲醇燃料的增壓需求。

在經(jīng)過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的增壓內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用甲醇燃料的過(guò)程中，則可以發(fā)現(xiàn)其輸出功率有了明顯的提高。特別是在內(nèi)燃機(jī)的高轉(zhuǎn)速階段，輸出功率的增加更為明顯。

上述結(jié)果證明了，如果內(nèi)燃機(jī)能夠保證甲醇燃料余熱氣化過(guò)程中的壓力足夠，其能夠有效利用甲醇燃料，并提升自身的工作性能。因此，再利用甲醇燃料的過(guò)程中，需要為內(nèi)燃機(jī)加設(shè)一定的增壓裝置。

4? 結(jié)束語(yǔ)

甲醇燃料的余熱氣化對(duì)內(nèi)燃機(jī)的未來(lái)應(yīng)用發(fā)展有著重要的意義。本文通過(guò)分析甲醇燃料的應(yīng)用現(xiàn)狀及特點(diǎn)，結(jié)合內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展特點(diǎn)，對(duì)甲醇燃料的余熱氣化熱力過(guò)程進(jìn)行了研究，并建立了相應(yīng)的模型進(jìn)行了仿真。在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)余熱氣化甲醇燃料對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能的影響進(jìn)行了分析。這些研究對(duì)甲醇燃料的應(yīng)用和內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展有很好的幫助。

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