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内燃机乳化与催化燃烧技术的研究进展 刘春晓 后志刚 肖金生 武汉理工大学能源与动力工程学院 摘要 本文总结概括了内燃机节能和降低排放的各种塞本措施及其优缺点，特 别是对乳化然烧技术和催化燃烧技术的节能、降污机理及它们的不足进行了分析总 结.最后，文中提 出将两者结合起来用于内燃机燃烧室内的燃烧过程，充分发挥双 方的优点并克制其缺点，这将是一个全新的研究方向. 关键词 内燃机 乳化燃烧 催化燃烧 引言 随着生态环境的日益恶化和环境资源的日渐短缺，人们对环境保护和节约能源越来越重 视，因此尽可能地降低油耗和减少有害排放就成为内燃机的发展目标。目前解决内燃机节能 和排放问题的主要措施有:电子控制技术，尾气净化技术，代用燃料及其掺烧技术，乳化燃 烧技术和催化燃烧技术。电子控制技术可使内燃机在各种运行工况下保持最佳燃烧状态，从 而可达到一定程度的节能和降低排放的效果DI。加装尾气净化装置在某些工况下对减少有害 气体的排放有一定效果，却不能挽回燃烧不完全造成的能量损失，因此不能降低油耗，并且 所使用贵金属催化剂会对环境造成重金属污染I21。双燃料发动机结构复杂，且燃油掺烧代用 燃料时对降低NO,不明显13.41。掺烧氢气可以降低燃气的着火温度，增大燃烧速率，缩短燃 尽时间，但外部加氮将使系统复杂化[51。当乳化燃烧技术和催化燃烧技术出现时显示出强劲 的发展潜力。近年来，内瀚机科技工作者对两者做了不朽的探索. 2 内燃机的乳化燃烧技术 0 “ · 2.1乳化嫩烧技术概述 乳化姗料.11是把内燃机瀚料与水在添加剂的作用下，利用外部能量进行混合，得到的乳 状液。嫩油特别是重油等劣质油的乳化招烧技术，可在掺水比达10^-30%的情况F燃烧，不 仅有显著的节油效果，而且可以同时大幅度降低碳粒和NO,的排放量I8。在内燃机可发火的 条件下，阳岁瀚油抬水比的增大，其节能和降低排放的效果越明显。燃油乳化技术涉及到几 个方面的具体技术，包括优良合适的乳化剂和助剂的配制及其加入时的方式、温度、和用量、 乳化设备的设计制造、最佳掺水量以及在线乳化技术的实验研究等体”。 326 交流论文 2.2 乳化燃烧技术的节能和降污机理 乳化燃料燃烧是个复杂的过程，对其节能降污机理较为成熟的解释是乳化燃料燃烧中存 在的 “微爆”现象和水煤气反应，也就是从燃烧的物理过程和化学过程来解释1101 (1)乳化油燃烧过程的物理作用即所谓 “微爆”效应。 对于乳化油燃烧过程发生的微爆现象，清华大学工程力学系提出了油包水型 (W/O)和 水包油型 (O/W)乳化油微爆的统一模型I+1即:由于油比水的挥发性高，当油和水的混合 液滴在高温环境下开始蒸发时，由于水的蒸发速率较快及液滴内部传质速度有限，当满足一 定条件时，可能在混合液滴表面形成由油包围的外壳，此时液滴的温度会迅速上升，如果a 度达到了水的过热极限，就会导致水的均匀核化。此时有大量的汽核产生并长大，形成高压 气团。当混合液滴中的压力超过汕的表面张力及环境压力之和时，水蒸气将冲破汕膜的阻力 使液滴发生爆炸，形成更细小的液滴，这就是所说的微爆效应。微爆效应使油和水获得了第 二次雾化、扩散和均化，这就使燃料油在空气中的分布更加均匀，空气利用率提高，促使燃 烧更加完全和完善，减少了排气带走的热量，从而降低了油耗率。另一方面，由于乳化油中 的水分的蒸发作用，均衡了燃烧时的温度场，从而抑制了NO、的形成。 (2)乳化油燃烧过程的化学作用即少量的水煤气反应。 在高温条件 (1000℃以上)下，水蒸气中的部分水分子 (H2O)与未完全燃烧的炽热炭 粒 (C)发生少量水煤气反应[101，形成少量可燃性气体，从而加速燃料燃烧的化学反应: C+H20HCO+H2 当火焰前锋的温度高于2000K时，靠近火焰前锋的水蒸气分解为H.O游离原子和OH 游离基，形成和增加链式反应的活性中心，能加快燃料燃烧的速度6[1。游离原子的互相碰撞 又可以聚合成分子，从而生成H2和02，向缺氧环境提供了发生氧化反应的氧: 2H20H2H2+02 这样，水煤气反应所生成的少量