生物柴油替代混合物化学动力学模型构建及路径分析

裴毅强 郑朝蕾 张博

引用本文: 裴毅强, 郑朝蕾, 张博. 生物柴油替代混合物化学动力学模型构建及路径分析[J]. 物理化学学报, 2014, 30(2): 217-226. doi: 10.3866/PKU.WHXB201312102 shu
Citation:  PEI Yi-Qiang, ZHENG Zhao-Lei, ZHANG Bo. Chemical Kinetic Model Development of Biodiesel Surrogate Fuel and Reaction Path Analysis[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(2): 217-226. doi: 10.3866/PKU.WHXB201312102 shu

生物柴油替代混合物化学动力学模型构建及路径分析

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51006128)资助项目 (51006128)

摘要:

以癸酸甲酯(C11H22O2)和正庚烷(nC7H16)作为生物柴油替代混合物,通过相对分子质量、低热值以及含氧量与实际生物柴油对比确定两种组分按摩尔比1:1混合,并在此基础上构建了一个由691种组分、3226个基元反应组成的生物柴油替代混合物的化学动力学机理. 在激波管条件下该机理计算的着火延迟与实验数据吻合很好;在发动机条件下该机理计算的缸内压力与实验值吻合很好,CO、未燃碳氢和NOx与实验结果趋势一致.此外,本文还对替代混合物的低温反应动力学过程进行了分析,结果表明癸酸甲酯脱氢产物主要为MD2J和MDMJ. MD2J在低温阶段的主要消耗途径除了加氧之外,还有与正庚烷基(C7H15-1)第一次加氧产物(C7H15O2-3)进行交叉反应;发生分解反应生成MP2D及与氧发生脱氢反应生成MD2D. 另一种主要脱氢产物MDMJ在低温阶段的主要消耗途径为通过同分异构转化为MD2J和MD3J.

English

    1. [1]

      (1) Yao, G. X.; Wang, J. M. Sino-Global Energy 2010, 15 (9), 23.[姚国欣,王建明.中外能源, 2010, 15 (9), 23.]

      (1) Yao, G. X.; Wang, J. M. Sino-Global Energy 2010, 15 (9), 23.[姚国欣,王建明.中外能源, 2010, 15 (9), 23.]

    2. [2]

      (2) Zhang, S. W. Chemical Industry 2007, 25 (9), 5. [张泗文. 化学工业, 2007, 25 (9), 5.](2) Zhang, S. W. Chemical Industry 2007, 25 (9), 5. [张泗文. 化学工业, 2007, 25 (9), 5.]

    3. [3]

      (3) Szybist, J. P.; Song, J. H.; Alam, M. Fuel Process. Technol.2007, 88 (7), 679. doi: 10.1016/j.fuproc.2006.12.008(3) Szybist, J. P.; Song, J. H.; Alam, M. Fuel Process. Technol.2007, 88 (7), 679. doi: 10.1016/j.fuproc.2006.12.008

    4. [4]

      (4) Lee, C. S.; Park, S. W.; Kwon, S. L. Energy Fuels 2005, 19 (5),2201. doi: 10.1021/ef050026h(4) Lee, C. S.; Park, S. W.; Kwon, S. L. Energy Fuels 2005, 19 (5),2201. doi: 10.1021/ef050026h

    5. [5]

      (5) Gaurav, K.; Srivastava, R.; Singh, R. Int. J. Green Energy 2013,10 (8), 775. doi: 10.1080/15435075.2012.726673(5) Gaurav, K.; Srivastava, R.; Singh, R. Int. J. Green Energy 2013,10 (8), 775. doi: 10.1080/15435075.2012.726673

    6. [6]

      (6) Lü, X. C.; Ma, J. J.; Ji, L. B.; Huang, Z. Combust. Sci. Technol.2009, 15 (3), 203. [吕兴才,马骏骏, 吉丽斌,黄震.燃烧科学与技术, 2009, 15 (3), 203.](6) Lü, X. C.; Ma, J. J.; Ji, L. B.; Huang, Z. Combust. Sci. Technol.2009, 15 (3), 203. [吕兴才,马骏骏, 吉丽斌,黄震.燃烧科学与技术, 2009, 15 (3), 203.]

    7. [7]

      (7) Komninos, N. P.; Rakopoulos, C. D. Renew. Sust. Energ. Rev.2012, 16 (3), 1588. doi: 10.1016/j.rser.2011.11.026(7) Komninos, N. P.; Rakopoulos, C. D. Renew. Sust. Energ. Rev.2012, 16 (3), 1588. doi: 10.1016/j.rser.2011.11.026

    8. [8]

      (8) Mancaruso, E.; Vaglieco, B. M. Exp. Therm. Fluid Sci. 2010, 34 (3), 346. doi: 10.1016/j.expthermflusci.2009.10.010(8) Mancaruso, E.; Vaglieco, B. M. Exp. Therm. Fluid Sci. 2010, 34 (3), 346. doi: 10.1016/j.expthermflusci.2009.10.010

    9. [9]

      (9) Zhang, Q. F.; Zheng, Z. L.; He, Z. W.; Wang, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (3), 530. [张庆峰, 郑朝蕾, 何祖威,王迎.物理化学学报, 2011, 27 (3), 530.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110334(9) Zhang, Q. F.; Zheng, Z. L.; He, Z. W.; Wang, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (3), 530. [张庆峰, 郑朝蕾, 何祖威,王迎.物理化学学报, 2011, 27 (3), 530.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110334

    10. [10]

      (10) Szybist, J. P.; McFarlane, J.; Bunting, B. G. SAE Tech. Pap. Ser.2007, 2007-01-4010.(10) Szybist, J. P.; McFarlane, J.; Bunting, B. G. SAE Tech. Pap. Ser.2007, 2007-01-4010.

    11. [11]

      (11) Valeri, I. G.; Yang, J. F. Biotechnol. Adv. 2009, 27 (5), 641. doi: 10.1016/j.biotechadv.2009.04.024(11) Valeri, I. G.; Yang, J. F. Biotechnol. Adv. 2009, 27 (5), 641. doi: 10.1016/j.biotechadv.2009.04.024

    12. [12]

      (12) Fisher, E. M.; Pitz, W. J.; Curran, H. J.; Westbrook, C. K. Proc. Combust. Inst. 2000, 2 (28), 1579.(12) Fisher, E. M.; Pitz, W. J.; Curran, H. J.; Westbrook, C. K. Proc. Combust. Inst. 2000, 2 (28), 1579.

    13. [13]

      (13) Herbinet, O.; William, J. P.; Charles, K. W. Combust. Flame2008, 154 (3), 507. doi: 10.1016/j.combustflame.2008.03.003(13) Herbinet, O.; William, J. P.; Charles, K. W. Combust. Flame2008, 154 (3), 507. doi: 10.1016/j.combustflame.2008.03.003

    14. [14]

      (14) Diévart, P.; Won, S. H.; Dooley, S.; Dryer, F. L.; Ju, Y. G.Combust. Flame 2012, 159, 1793. doi: 10.1016/j.combustflame.2012.01.002(14) Diévart, P.; Won, S. H.; Dooley, S.; Dryer, F. L.; Ju, Y. G.Combust. Flame 2012, 159, 1793. doi: 10.1016/j.combustflame.2012.01.002

    15. [15]

      (15) Hakka, M. H.; Glaude, P. A.; Herbinet, O.; Battin-Leclerc, F.Combust. Flame 2009, 156, 2129. doi: 10.1016/j.combustflame.2009.06.003(15) Hakka, M. H.; Glaude, P. A.; Herbinet, O.; Battin-Leclerc, F.Combust. Flame 2009, 156, 2129. doi: 10.1016/j.combustflame.2009.06.003

    16. [16]

      (16) Brakora, J. L.; Ra, Y.; Reitz, R. D.; McFarlane, J.; Daw, C. S.SAE Tech. Pap. Ser. 2008, 2008-01-1378.(16) Brakora, J. L.; Ra, Y.; Reitz, R. D.; McFarlane, J.; Daw, C. S.SAE Tech. Pap. Ser. 2008, 2008-01-1378.

    17. [17]

      (17) Herbinet, O.; Pitz, W. J.; Westbrook, C. K. Combust. Flame2010, 157, 893. doi: 10.1016/j.combustflame.2009.10.013(17) Herbinet, O.; Pitz, W. J.; Westbrook, C. K. Combust. Flame2010, 157, 893. doi: 10.1016/j.combustflame.2009.10.013

    18. [18]

      (18) Sarathy, S. M.; Thomson, M. J.; Pitz, W. J.; Lu, T. Proc. Combust. Inst. 2011, 33, 399. doi: 10.1016/j.proci.2010.06.058(18) Sarathy, S. M.; Thomson, M. J.; Pitz, W. J.; Lu, T. Proc. Combust. Inst. 2011, 33, 399. doi: 10.1016/j.proci.2010.06.058

    19. [19]

      (19) Patel, A.; Kong, S. C.; Reitz, R. D. SAE Tech. Pap. Ser. 2004,2004-01-0558.(19) Patel, A.; Kong, S. C.; Reitz, R. D. SAE Tech. Pap. Ser. 2004,2004-01-0558.

    20. [20]

      (20) Hori, M.; Matsunaga, N.; Marinov, N. M.; Pitz, W.; Westbrook,C. Proc. Combust. Inst. 1998, 27, 389.(20) Hori, M.; Matsunaga, N.; Marinov, N. M.; Pitz, W.; Westbrook,C. Proc. Combust. Inst. 1998, 27, 389.

    21. [21]

      (21) Kee, R. J.; Rupley, F. M.; Miller, J. A.; Coltrin, M. E.; Grcar, J.F.; Meeks, E.; Moffat, H. K.; Lutz, A. E.; Dixon-Lewis, G.;Smooke, M. D.; Warnatz, J.; Evans, G. H.; Larson, R. S.;Mitchell, R. E.; Petzold, L. R.; Reynolds, W. C.; Caracotsios,M.; Stewart, W. E.; Glarborg, P.; Wang, C.; McLellan, C. L.;Adigun, O.; Houf, W. G.; Chou, C. P.; Miller, S. F.; Ho, P.;Young, P. D.; Young, D. J.; Hodgson, D. W.; Petrova, M. V.;Puduppakkam, K. V. CHEMKIN Release 4.1; Reaction Design:San Die , CA. 2006(21) Kee, R. J.; Rupley, F. M.; Miller, J. A.; Coltrin, M. E.; Grcar, J.F.; Meeks, E.; Moffat, H. K.; Lutz, A. E.; Dixon-Lewis, G.;Smooke, M. D.; Warnatz, J.; Evans, G. H.; Larson, R. S.;Mitchell, R. E.; Petzold, L. R.; Reynolds, W. C.; Caracotsios,M.; Stewart, W. E.; Glarborg, P.; Wang, C.; McLellan, C. L.;Adigun, O.; Houf, W. G.; Chou, C. P.; Miller, S. F.; Ho, P.;Young, P. D.; Young, D. J.; Hodgson, D. W.; Petrova, M. V.;Puduppakkam, K. V. CHEMKIN Release 4.1; Reaction Design:San Die , CA. 2006

    22. [22]

      (22) Hernandez, J. J.; Serrano, C.; Perez, J. Energ Fuel 2006, 20,532. doi: 10.1021/ef058025c(22) Hernandez, J. J.; Serrano, C.; Perez, J. Energ Fuel 2006, 20,532. doi: 10.1021/ef058025c

    23. [23]

      (23) Nicolas, G. J. The Rate-controlled Constrained-EquilibriumModeling of C1-C2/O2/diluent Mixtures. Ph. D. Dissertation,Northeastern University, Boston, 2012.(23) Nicolas, G. J. The Rate-controlled Constrained-EquilibriumModeling of C1-C2/O2/diluent Mixtures. Ph. D. Dissertation,Northeastern University, Boston, 2012.

    24. [24]

      (24) Hernandez, J. J.; Sanz-Argent, J.; Carot, J. M.; Jabaloyes, J. M.Int. J. Engine Res. 2010, 11, 199. doi: 10.1243/14680874JER06209(24) Hernandez, J. J.; Sanz-Argent, J.; Carot, J. M.; Jabaloyes, J. M.Int. J. Engine Res. 2010, 11, 199. doi: 10.1243/14680874JER06209

    25. [25]

      (25) Andrae, J. C. G.; Brinck, T.; Kalghatgi, G. T. Combust. Flame2008, 155, 696. doi: 10.1016/j.combustflame.2008.05.010(25) Andrae, J. C. G.; Brinck, T.; Kalghatgi, G. T. Combust. Flame2008, 155, 696. doi: 10.1016/j.combustflame.2008.05.010

    26. [26]

      (26) Andrae, J. C. G. Fuel 2013, 107, 740. doi: 10.1016/j.fuel.2013.01.070(26) Andrae, J. C. G. Fuel 2013, 107, 740. doi: 10.1016/j.fuel.2013.01.070

    27. [27]

      (27) Gustavsson, J.; lovitchev, V. I. SAE Tech. Pap. Ser. 2003,2003-01-1848.(27) Gustavsson, J.; lovitchev, V. I. SAE Tech. Pap. Ser. 2003,2003-01-1848.

    28. [28]

      (28) Ciezki, H. K.; Adomeit, G. Combust. Flame 1993, 93 (4), 421.doi: 10.1016/0010-2180(93)90142-P(28) Ciezki, H. K.; Adomeit, G. Combust. Flame 1993, 93 (4), 421.doi: 10.1016/0010-2180(93)90142-P

    29. [29]

      (29) Wang, W. J.; Oehlschlaeger, M. A. Combust. Flame 2012, 159,476. doi: 10.1016/j.combustflame.2011.07.019(29) Wang, W. J.; Oehlschlaeger, M. A. Combust. Flame 2012, 159,476. doi: 10.1016/j.combustflame.2011.07.019

    30. [30]

      (30) Cheng, X. B.; Chen, D. L.; Ju, H. L. Automobile Technology2008, No. 1, 46. [成晓北,陈德良, 鞠洪玲.汽车技术, 2008,No. 1, 46.](30) Cheng, X. B.; Chen, D. L.; Ju, H. L. Automobile Technology2008, No. 1, 46. [成晓北,陈德良, 鞠洪玲.汽车技术, 2008,No. 1, 46.]

    31. [31]

      (31) Zheng, Z. L.; Yao, M. F. Fuel 2006, 85 (17-18), 2605. doi: 10.1016/j.fuel.2006.05.005

      (31) Zheng, Z. L.; Yao, M. F. Fuel 2006, 85 (17-18), 2605. doi: 10.1016/j.fuel.2006.05.005

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  644
  • 文章访问数:  1069
  • HTML全文浏览量:  13
文章相关
  • 发布日期:  2014-01-23
  • 收稿日期:  2013-09-18
  • 网络出版日期:  2013-12-10
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章