车用燃料（通用7篇）
车用燃料 篇1
在石油资源日益减少、环境污染日益严重的双重作用下, 开发和寻找污染较少、经济便宜的车用替代燃料已忧为当务之急。车用替代燃料的选择标准主要包括:
(1) 资源必须丰富; (2) 价格应比较便宜, 以便于大范围推广; (3) 能量密度大, 热值高, 携带较少的数量时就能使汽车有足够的续驶里程; (4) 毒性低, 环境污染小; (5) 安全性好, 易于输送、贮存和使用; (6) 对内燃机的可靠性无不良影响。
根据以上选择标准, 有广阔发展前景的替代燃料主要有醇类燃料、乳化燃料、天然气、液化石油气、氢气等。
车用燃料 篇2
关键词：沼气；精制；车用燃料；生产工艺；技术经济评价
能源是人类生存与发展的物质基础。工业革命以来，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大地推动了人类社会的发展。然而随着人类经济的高速发展，环境污染与能源危机的挑战日益严峻［1］。近10多年来，我国汽车数量增长迅速，汽车的大量使用，不但使得汽油及天然气的需求大增，而且加剧了空气污染。据官方统计的数据显示，汽车尾气是城市雾霾天气的一个主要成因(贡献占20%～30%)。随着能源短缺和环境污染问题日益严重，绿色可再生能源亟待开发。沼气是目前应用最广泛的生物质能源之一，将沼气通过净化提纯后可变成生物燃气，替代汽油或天然气作为汽车燃料使用，不但可缓解城市能源紧张的局面，还能减少城市空气污染，必将成为我国发展新型能源的一条重要途径。
1沼气的成分和物化性质
沼气是生物质厌氧发酵的产物，是一种可燃的混合气体。主要成分为CH4(体积分数50%～70%)和CO2(体积分数30%～40%)，还有少量的H2S、O2、CO、N2及其他碳氢化合物等。沼气成分不但取决于发酵原料的种类及其相对含量，而且随着发酵条件及发酵阶段的不同而变化。沼气若要替代天然气在汽车上直接燃烧利用，必须对沼气进行净化处理，脱除CO2、H2S、H2O及其他杂质，使纯化后的沼气达到汽车内燃机对车用燃料的要求［2］。我国目前尚未出台车用沼气标准，车用沼气参照《车用压缩天然气》(GB18047—2000)中的规定，主要性能指标应符合要求。
2制备工艺
2.1总工艺流程
本工艺利用木薯淀粉/酒精高浓度有机废水为原料，采用“改进型UASB－TLP工艺技术”处理木薯淀粉/乙醇废水，厌氧发酵后快速产生大量沼气，再利用化学吸收工艺技术净化沼气，去除其中的H2S、CO2、硅氧烷等主要杂质，再脱水压缩成为高压生物燃气，产品达到车用压缩天然气标准。
2.2工艺要点
(1)厌氧发酵工段
本工段的任务是生产沼气。木薯淀粉/乙醇废水经过初级沉淀池实现部分固液分离，液体部分经过酸化池(预处理池)完成酸化处理，再经过在调节池调节pH和去除部分悬浮物后，进入改进型UASB－TLP厌氧反应器进行厌氧发酵产沼气。
(2)沼气净化及压缩工段
本工段的任务是对沼气进行净化提纯处理，脱除CO2、H2S、H2O及其他杂质，使纯化后的沼气达到GB18047—2000的规定。经厌氧发酵产生的沼气汇集到沼气气柜，经鼓风机加压到22kPa送入干法脱硫系统，通过2个内装氧化铁及活性炭干脱硫剂、串联操作的脱硫塔，将沼气中的H2S质量含量降至30mg/m3以下后进入前置冷却器管程，与壳程循环水换热，将沼气温度降至40℃以下，经前置分离器分离冷凝水后送往增压机将压力升至0.8MPa，经冷却降温、分离油水后送塔前分离器、塔前过滤器进一步分离油水，然后进入吸收塔下部，由下至上通过塔内填料层，与吸收塔从上而下的乙醇胺溶液逆流接触，充分反应，将沼气中的CO2体积分数降至3%以下，从吸收塔顶部出来温度为80℃左右的沼气进入塔后冷却器管程，与壳程循环水进行换热后温度降至40℃以下，经分离器分离溶液和凝结水后送往CNG压缩机进口气体缓冲罐，缓冲后送往CNG压缩机，将纯化后的沼气压力由0.8MPa升高至20.0MPa，高压纯化气经冷却、分离油水后送入气体干燥装置，利用分子筛吸附进一步脱除气体中的水分，达到车用天然气的标准后送往并联操作的2台专用天然气加气柱直接进行计量装车，送往汽车加气站供用户使用。
(3)吸收剂再生工段
吸收塔内与沼气充分接触后吸收了CO2的工作液称为富液。富液送溶液换热器与再生塔底部出来的贫液换热，富液温度升至100℃以上进入再生塔上部，富液从上而下通过再生塔内填料层，从再生塔底出来的工作液进入溶液煮沸器壳程与管程的低压蒸汽换热，工作液温度升至120℃进入再生塔底部，富液中的CO2在再生塔内通过减压及再生塔底工作液加热产生的水蒸汽汽提后解析出来，从再生塔顶引出，经再生气冷却器将温度降至40℃以下进入二氧化碳分离器进行气水分离后就地放空，二氧化碳分离器内分离排出的凝结水可根据系统工作液的总量与浓度，决定是排地沟还是通过回流泵送回再生塔顶部维持系统工作液的水平衡。再生塔底部再生完全的工作液经溶液换热器加热富液回收余热后进入贫液冷却器壳程，与管程循环水换热后温度降至80℃以下，通过溶液过滤器、贫液过滤器过滤机械杂质后送入贫液泵加压至1.2MPa以上送往吸收塔上部循环使用。系统中各冷却设备均采用循环水作为冷却介质，回水全部送至循环水回水总管封闭循环;系统中产生的蒸汽冷凝液全部送回锅炉回收利用;系统设置溶液贮槽用于停车期间贮存系统工作液用，设置地下槽、补液泵用于回收各导淋工作液及补充新鲜工作液，确保成分稳定满足生产需求。
3技术经济评价
以广西某淀粉厂年产600万m3车用燃气项目为例，该项目于2011年通过峻工验收，至今已经正常运行3年多，每天可产车用压缩燃气1.4万m3，每立方米综合成本比天然气节约50%以上，每天供南宁市100多辆出租车使用，相对于汽油，平均每辆车每公里可节约0.2元，每天可节省80余元，每年可增收2万元，运行成本降低了20%。不但给淀粉企业和出租车司机带来经济利益，更实现了节能环保的目标。经南宁市环保监测站对使用该生物燃气的车辆尾气进行检测显示，使用沼气纯化生物燃气的车辆与使用燃油的车辆相比，CO排放量减少20%，CO2排放量减少99%。利用木薯淀粉/酒精高浓度有机废水为原料生产车用压缩燃气的工艺较为简便，在经济上具有巨大的吸引力，该工艺的最大特点是能量利用率高，整个装置设计的保险系数小，大大降低了投资费用，生产稳定性好，产品收率高，质量稳定。据称与其他工艺相比较，在生产成本上占有较大优势。以广西某淀粉厂年产600万m3车用燃气项目为例，单位产品的原材料及公用工程消耗定额。
4结语
综上所述，沼气通过净化提纯后可替代天然气使用，并入城市天然气管网或作为车用沼气。该项目对沼气生产企业的沼气向高端技术发展及商品化有重要的意义，有利于工业生产与农业特别是劣质土地非粮食农作物种植相结合，有利于环境保护与循环经济相结合，有利于农产品深加工由单一新产品结构向形成产业链发展，可发挥当地的资源优势，带动地方经济发展，增收农民收入，促进农业现代化。
参考文献
［1］黄绍兰．CO捕集回收技术研究［J］．环境污染与防治，2008，30(12)：77－81．
车用燃料电池产业备受瞩目 篇3
随着原油价格持续向上攀升的市场态势, 车用燃料面临着巨大的成本压力, 同时汽车燃烧汽油、柴油造成的环境污染, 也备受世人关注。诸如类此问题, 一时间对车用代用燃料的研究与开发, 成为业内人士高度重视的热门课题, 也使人们对其应用与推广加快了步伐。车用代用燃料是指除汽油和柴油之外的各种燃料, 就目前而言, 这类车用代用燃料包括液化石油气、天然气、甲醇、乙醇、醚类、生物质柴油、氢燃料、燃料电池等。纵观上述种种车用代用燃料, 除氢能燃料电池外, 其它车代用燃料, 均存在着各种不同的局限性或弊端, 而制约着它们的应用前景。然而, 氢能和燃料电池这类车用代用燃料, 由于其具有的独特优势, 备受人们瞩目。如氢能, 除了可以通过化石能源制备之外, 还可由生物能、风能、太阳能、水利能等可再生能源或者核能转化而来。我们从其能源的易得性、可再生性以及安全环保性来看, 将是其他汽车代用燃料所不能企及的。氢能作为载能体逐渐替代石油是人们提出的“后石油时代”移动能源的解决方案之一。而燃料电池是氢的理想转化装置, 是氢能利用的关键技术。因此, 燃料电池以其绝对优势将会在未来汽车代用燃料的发展中异军突起。
近十余年来, 燃料电池产业获得了世界各国的高度重视, 其技术得到了飞速的发展, 产业规模日益持续扩大。据调查统计, 2005年全球燃料电池应用系统已达到14500个, 相比2004年增加了32%, 与此同时, 全球燃料电池的推广应用得到迅速增长, 氢能燃料站也相继持续增加。随着燃料电池成本的不断下降以及技术成熟度的增强, 预计到2010年左右, 燃料电池在价格上将具备与内燃机竞争的能力。届时, 美国市场上以燃料电池为动力的机动车将占美国汽车市场4%的份额, 日本和西欧燃料电池汽车将分别占市场份额的4.5%和3.7%, 到2020年, 燃料电池汽车将占世界汽车市场的25%。当前, 燃料电池汽车市场虽还不大, 美国2002年为225万美元, 但以后5年内, 年均增长率为84%, 2007年达到4760万美元。车载燃料电池组件市场现为12000万美元, 但今后5年内, 预计年均增长率为91%。据预测, 全球汽车燃料电池市场将从2008年6亿美元增加到2013年100亿美元。长期以来, 我国燃料电池产业受到国家的高度重视, 从“九五”、“十五”及现在的“十一五”, 每年都投入大量资金进行相关的研究开发工作。经过多年发展, 我国在燃料电池领域的技术水平已有大幅提升, 与国外相差无几, 这奠定了我国燃料电池行业未来商业化进程的基础。一直以来制约燃料电池商业化进程的最大阻碍便是成本。由于车用燃料电池主要是质子交换膜型燃料电池, 虽然它的综合热效率高达80%, 但是由于氢气的产生、储存、保管、运输和灌装或重整, 都比较复杂, 对安全性要求很高, 使得建站成本较大, 影响了氢气燃料站的快速布局, 从而制约了燃料电池汽车的推广;其次, 由于质子交换膜燃料电池需要用贵金属铂作为催化剂, 而铂造价持高不下, 一定程度上阻碍了其商业化应用的进程。但随着产业技术水平的不断提高, 制约燃料电池产业的成本瓶颈已经逐渐得以缓解。目前, 我国上海神力以其自主开发的常压运行的燃料电池技术优势与苏州金龙联合推出的氢燃料电池公交车的成本仅为国外进口车的1/5, 成本压力大大减轻, 推动了我国燃料电池汽车的发展。
更为重要的是, 我国燃料电池商业化推广的市场介入模式初步形成, 将主要以公交车和政府用车为切入点, 通过政府采购, 加快市场带动与应用。采用公交车的市场切入, 其主要考虑到公交车不仅可以大大提高汽车的装载使用效率, 而且可以最大程度上降低加氢站布点的成本问题, 至于政府用车主要是合理利用政府扶持政策。前不久, 国家发展与改革委员会颁布了2008年第29号公告, 在公布的第164批经审查批准的车型名单中, 一改之前新能源汽车只有混合动力轿车的局面, 上海大众的一款燃料电池轿车位列其中, 这给燃料电池产业带来了新的曙光, 毫无疑问, 将会得到业内人士的加倍关注。
新型车用燃料的发展趋势与进展 篇4
近几年石油价格一路高歌猛进,目前石油价格已经突破70美元一桶。20世纪80年代末,中国还是欧佩克之外最大的石油出口国,可是从90年代开始,经济的持续高速发展带动了石油消费量的急剧上升。1993年中国的石油进口量超过了石油出口量,在数量上成为净进口国;2002年中国的进口原油和油品总量为89.75Mt,其中原油进口69.40Mt,2003年中国的石油形势又发生了一个重大转折:石油年消费量、进口量超过了日本,成为仅次于美国的世界第二大石油消费国和进口国。2004年的前8个月,进口量占石油总消费量的比例一度超过了40%。总部位于巴黎的国际能源署(IEA)公布的数据显示,中国的石油需求增长将占近两年世界石油需求增长的1/3。中国目前石油最终可采储量较低,人均占有量只有10t,居世界第41位,仅相当于世界平均水平的11%;IEA预测,到2010年,中国的石油需求量为0.35Gt,而原油产量为0.2Gt,原油缺口将达到0.15Gt,中国对进口石油的依存度将提高到40%。世界上有中东7北非、中亚7俄罗斯和北美这3个主要产油区,但仅中东的石油可采储量就占世界的64%,而北美、亚太和欧洲这3个地区消费的石油占世界石油消费总量的80%。这种资源分布与消费的极不平衡,使得石油供应始终是一个高风险问题。再看近几年来国际原油价格走势(见图1)。
目前原油价格一度达到每桶55%美元。因此,石油资源短缺和目前油价飙升是发展新型车用燃料的主要因素。为了减少石油价格上涨对我国经济的影响,必须使我国的能源结构多元化,“像法国在1973年时,石油占了68%,到2003年则降低到36%,而核电则上升到38%,成为第一大能源;而日本石油的比例也从78%降低到49%。所以我们也可以借鉴他们的做法,发展核电、水电、天然气等能源,“多点开花”,新型替代能源的开发和利用已是当务之急。
1 乙醇汽油的发展与应用
我国乙醇汽油产业发展定位于推动农业产业化、保护环境和促进可再生能源的利用的战略产业。乙醇汽油是指在不含甲基叔丁基醚(MTME)等含氧添加剂的专用汽油组分中,按体积比(我国目前暂定为10%)加入的变性燃料乙醇,由乙醇汽油定点调配中心通过特定工艺混配而成的新一代清洁环保型车用燃料。我国要求燃料乙醇与变性剂的体积混合100:2～100:5;乙醇汽油中乙醇含量为10%±0.5%。乙醇汽油的其他标准要求与《车用无铅汽油》(GB17930-1999)的指标一致。乙醇汽油按研究法辛烷值分为90号、93号和95号三个牌号。汽油标号前加注字母E,做为乙醇汽油的统一标示。
乙醇辛烷值较高,是一种非常理想的汽油抗爆剂,汽油中加入乙醇后可以显著改善汽油的质量。由于使用 MTBE会引起环境危害,给水资源造成污染,对它的使用存在很大争议。
美国已开始禁止使用MTBE。世界各国对甲醇汽油的前景也并不看好,美国、欧洲和日本汽车制造商坚持反对使用甲醇汽油。2004年4月修订的《世界燃料规范》中要求汽油中不允许使用甲醇。所以推广使用乙醇汽油就是目前很好的选择。由于乙醇不含有烯烃和硫,而且辛烷值较高,生产乙醇汽油可大大缓解目前炼油厂汽油烯烃含量高和高辛烷值汽油组分不足的困境。但乙醇汽油比普通汽油的热值略低。从下表3中的数据看出,乙醇汽油的乙醇含量越高,则热值越低。我国目前使用的E10汽油的热值是普通汽油(不含氧)的95.5%E10汽油与普通汽油同时销售,则价格上应有区别,如果一样则会影响E10汽油的销售。
另外乙醇汽油对发动机零部件有一定腐蚀、磨损作用。但试验表明,绝大多数橡胶件均能适应乙醇汽油,只有少数几种不适应,但腐蚀作用缓慢。早期生产的机械式汽油泵中的橡胶膜片适应性较差,使用乙醇汽油后个别出现溶胀裂纹现象。就目前乙醇生产工艺及技术来看,乙醇的制造成本高于汽油,在价格上与汽油竞争有一定困难。美国、巴西等国乙醇汽油的应用经验表明,推广乙醇汽油在技术是可行的,但这是一个系统工程,需要国家政策上的支持。
2 生物柴油的发展
生物柴油(Biodiesel),又称脂肪酸甲酯(Fatty Acid Ester)是以农作物和林业植物果实、种子、植物导管乳汁或动物脂肪油、废弃的食用油等作原料,与醇类(甲醇、乙醇)经酯化和醇解反应(Transesterification reaction)获得;分子量约280左右,与柴油220接近。也可经热裂解中度断链生产,或者采用生物酶催化生产(见图2)。
生物柴油反应原理:
生物柴油与石油柴油的燃烧特性极其相似,可以代替矿物柴油作为柴油发动机燃料;而且几乎不含硫和芳烃,十六烷值高,润滑性能好,并且储存运输方便安全,生物降解性能好,是一种优质的清洁柴油。
生物柴油与要求越来越苛刻的石化柴油相比有以下优点:
(1)原料来源广泛,可利用各种动、植物油作原料。一年生的能源作物可连年种植收获,多年生的木本植物可一年种维持数十年的经济利用期;可在自然状况下实现生物降解,减少对人类生存环境的污染。
(2)十六烷值较高,大于49(石化柴油为45),抗爆性能优于石化柴油。
(3)生物柴油含氧量高于石化柴油,可达11%,在燃烧过程中所需的氧气量较石化柴油少,燃烧、点火性能优于石化柴油。
(4)无毒性,属可再生能源,生化分解性良好,健康环保性能良好。除了供公交车、卡车等柴油机的替代燃料外,又可供为海洋运输、水域动力设备、地底矿业设备、燃油发电厂等非道路用柴油机之替代燃料。
(5)芳香族烃类成分而不具致癌性,并不含硫、铅、卤素等有害物质。
(6)碳氢化物、颗粒物以及SO2、CO排放量少。
(7)生物柴油具有较高的运动粘度,在不影响燃油雾化的情况下,更容易在汽缸内壁形成一层油膜,从而提高运动机件的润滑性,降低机件磨损。
(8)无需改动柴油机,可直接添加使用,同时无需另添设加油设备、储存设备及人员的特殊技术训练(通常的替代燃料均需修改引擎才能使用)。
(9)生物柴油的闪点较石化柴油高,贮存、运输和使用都很安全(不腐蚀溶器,非易燃易爆);热值高(一般可达石化燃料油的80%)。
(10)生物柴油可以以一定比例与石化柴油调和使用。
欧美许多国家结合本国特点都制定了生物柴油发展纲要,在其推广使用上出台了相关的优惠政策,来组织生产生物柴油。德国、法国、意大利、奥地利、比利时、美国、马来西亚等国家对投放市场的生化柴油都采取了免税政策和低税率政策以鼓励民众推广和使用生物柴油,保护生态环境。中国地域辽阔,气候多样,在中国适宜于作燃料油原料资源丰富、分布范围广、发展潜力大的木本能源植物多,其中油料木本植物黄连木在许多地区集中成片,通过调查研究可作为种质资源和良种繁育基地。同时中国有大量宜林荒山与沙地,如果结合荒山造林与生态建设,因地制宜地种植生物质燃料油能源树木,既可以利用树体保护生态,又可以采收种子增加收入,不仅为生产生物质燃料油提供原料,也保证了生态工程的可持续经营。可以作为生物柴油的木本植物很多,据林科院王涛院士介绍,有150多种植物含油量在40%以上。石化企业遍布全国各地,而全国各地由于气候等因素不同形成的农林植物油料或废油的情况也不同,所以石化企业可以利用当地的农林生物质原料,具体按当地的生物质原料的性质和数量开发相适宜的生物柴油生产技术。
3 二甲醚及甲醇燃料的发展
甲醇和二甲醚是优良的汽车代用燃料。近代工业甲醇生产主要以天然气、煤炭为原料转化制得(见下图3),而以甲醇为有机化工原料生产的化工产品达数百种。
今后随着石油资源的日渐减少和枯竭,将会发展甲醇和甲醇汽油为车用燃料的需求。目前研究的热点主要为甲醇气相脱水制二甲醚的二步法工艺和合成气制二甲醚的一步法工艺,以适应大规模工业化生产,合成气法二甲醚技术是在合成甲醇的基础上发展起来的,选择既有甲醇合成功能又具有甲醇脱水功能的复合催化剂,由合成气经床层反应器一步合成二甲醚。
2H2 + CO → CH3OH
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我国一步法二甲醚技术经过十多年研究,特别是在催化剂和反应器等方面都取得了很大成绩,催化剂的活性温度、CO转化率、二甲醚的选择性均达到较高水平。二甲醚是国际上近年来很有发展前景的超低排污代用燃料。在各种燃油机上的试验结果表明,二甲醚具有燃烧性能好、清洁、十六烷值高(55～60)、能够实现柴油机高效、超低排放的特点;可以满足严格的欧洲III排放限制标准和美国加洲超低排放车辆(ULEV)标准,燃烧噪声比原柴油机低10～15dB(A)。二甲醚对柴油机适用性强。未来5～10年,我国将建设一批大规模生产二甲醚燃料的工厂,如宁夏将建设一个年产83万吨二甲醚加10万吨甲醇的合资工厂,上海、陕西、山东、四川、新疆等地也将建设一批规模不等的二甲醚燃料项目。
4 结 语
车用燃料 篇5
随着石油资源的日益匮乏和环境污染程度的加剧,迫使世界各国都着力于研发新能源清洁汽车,其中燃料电池汽车(fuel cell vehicle,FCV)倍受瞩目[1],FCV是零排放的新型环保车辆,由于省去了内燃机这个噪声源,取而代之的是风机和电机,人们期待它们更安静和舒适,因而风机和电机成为新的噪声源。由于风机噪声是燃料电池车外噪声的主要噪声源,叶轮在高速旋转中与流道中不均匀气体流场相互作用产生周期性变化激振力,这种激振力的频率与叶轮固有频率相等或成整数倍时,容易发生共振,从而会在风机进气口产生较大的噪声,而且可能导致叶轮破坏。
本文针对燃料电池车用旋涡风机存在进气口振动、噪声大等问题,对风机叶轮进行模态分析。先通过三维坐标仪对该旋涡风机叶轮曲面轮廓进行坐标测量,然后用CATIA软件进行三维建模,并利用有限元软件对叶轮进行模态分析,得出叶轮的各阶固有频率以及相应振型,并结合风机振动模态试验对试验结果进行验证,分析了可能产生的共振频率,从而为有效控制旋涡风机振动噪声等问题提供理论依据。
1 叶轮三维建模
由于实际的旋涡风机叶轮曲面不能用方程来描述,故采用精度很高的三维坐标仪测量出叶轮若干网点坐标数值,然后将扫描生成的点云导入C A T I A软件中进行数据处理,得到叶轮的几何模型。如图1所示。
2 叶轮模态分析
2.1 叶轮结构的动力特征方程
根据振动学理论,具有多自由度结构系统的动力方程可表示为:
式中:{δ}为单元节点位移;{}为单元节点速度;{}为单元节点加速度;[M]为质量矩阵;[C]为阻尼矩阵;[K]为刚度矩阵;{Q}为节点载荷列阵。
{Q}节点载荷列阵通常是时间的函数。对于不同的结构,可以选用不同的单元和形状函数矩阵,但动力方程的建立过程均相同。由于结构阻尼较小,对固有频率和振型的影响可忽略不计,由此可得到叶轮结构无阻尼振动方程:
在模态分析过程中,可以研究分析叶轮在无激振力作用下的自然属性。因此,取{Q}={0},则动力方程简化为:
其中wi、ψi、mi、ki分别为各阶模态下的固有频率、振型、质量和刚度,求解方程可以得到[2]。
2.2 材料属性和有限元模型建立
旋涡风机的叶轮设计要求如下:叶轮材料为6A02铝合金,其密度为2700kg/m3,泊松比取0.33,弹性模量取为70600N/mm2。旋涡风机的叶轮主要由轮盘和叶片组成,结构简单,但叶片的几何形状复杂,在空间中存在弯扭曲面。考虑到有限元分析对实际情况的模拟及计算的准确性和可行性,在导入有限元之前进行适当简化:1)叶轮轮盘轮毂密封齿轮处对叶轮整体模态分析影响较少,在模型中可不考虑;2)叶轮模型中可忽略各处的圆角和倒角;3)叶轮中焊接部位均作一体化链接处理[3]。
将CATIA建立修正后的旋涡风机叶轮实体模型导入ANSYS中,对其进行前处理[4],并采用自由方式划分单元网格,建立该风机叶轮有限元模型如图2所示。
模态分析时模态提取采用分块Block Lanczos方法,该方法计算精度高,计算速度比Subspace方法更快。在进行叶轮的振动频率和相应的模态计算分析时,由于高阶模态对振动噪声分析的贡献不大,不会对系统产生较大的影响,因此这里选取了叶轮的前6阶模态。单元类型为20节点实体SOLID95,叶轮单元数目为163074,节点数目为282123。
2.3 叶轮的模态计算
对于本模型,考虑到试验状况下叶轮通过一根柔软的橡胶绳悬吊,接近于自由状态下,因此在模态计算中对叶轮进行自由模态计算,提取前6阶模态结果,如表1所示。限于篇幅本文只列出典型的1阶、3阶、6阶振型图。如图3所示。
3 叶轮振动模态测试试验
为了验证所建立有限元模型的准确性,本文针对旋涡风机的叶轮进行模态测试,获得实际的模态频率,再与基于相同实验约束条件设定下的计算模拟结果作对比,以便获得准确的模型,确保在静态无应力的条件下有限元模型的准确,如图4所示。
本次试验所用的仪器是H e a d公司的SQlabIII(34通道)数据采集系统,加速度传感器为美国pcb公司生产的icp压电式加速度传感器,通过采用激振器单点激振多点拾振的方法,在叶轮的平面上共布置了24个测点。在LMS Test lab模态分析软件中运用人工建模的方法建立了叶轮模态工程的模型网格,如图5所示,并按照标准的模态分析流程建立模态分析系统[5]。叶轮在静止状态下进行人为激振,测量激振力与响应并采用双通道FFT分析,通过LMS Test lab软件的模态计算命令中的曲线拟合,获得其模态频率的幅频图,如图6所示,识别出风机叶轮的前6阶模态参数。
对照试验和仿真模态分析的前6阶结果,可以清楚的看到,叶轮的前3阶振型整体表现为沿轴向的前后摆动,后面几阶模态出现局部振型,说明叶轮各部位刚度存在不均匀的现象。如表1所示。叶轮在自由状态下,各阶仿真模态频率与试验固有频率相差甚微,因此可以认为所建立的叶轮模型的准确性,这也为旋涡风机振动噪声分析提供理论基础。
通过叶轮的模态振型分析可以确定叶轮结构振动形态及其薄弱部位。叶轮前6阶固有频率为600-3800HZ,由此可以计算出各阶临界转速。只要叶轮转速远离其临界转速,在工作过程中就会避免共振和产生较大的躁声。从叶轮振型图中可以找到应力集中区域,寻找到应力最大点,可以采取改变叶轮厚度,合理分配刚度,从而避免叶轮发生局部破坏。
4 结论
1)采用CATIA逆向造型得到叶轮三维几何模型,建立叶轮结构动力特征方程,通过有限元进行求解,得到叶轮的各阶固有频率和振型,同时根据各阶振型变化形态及应力集中区域,分析可能产生的共振。
2)根据求得的前6阶固有频率和振型,结合风机振动模态试验得到的模态参数,验证各阶试验模态和有限元计算结果相差甚微,在允许的5%误差范围内,因此建立的有限元模型是正确的,为风机气固耦合躁声的研究提供理论基础。
参考文献
[1]吴宪,徐庆华,陈昌明.燃料电池轿车底盘总布置智能化装配设计的实现[J].制造业自动化,2004(4):65-68.
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[3]张凤格,李惠彬,王国兵等.蜗轮增压器压气机叶片振动分析[J].躁声和振动控制,2003(6):13-15.
[4]博嘉科技.有限元分析软件-ANSYS融会与贯通[M].北京:中国水利出版社,2002.
车用燃料 篇6
醇醚燃料主要包括甲醇、二甲醚, 是现今被认为十分重要的石油替代能源, 也被称为煤基醇醚燃料。醇醚燃料又被称为煤基醇醚燃料的原因是它主要是由煤通过气化合成的低碳含氧燃料, 作为最广泛的车用替代汽油、柴油的燃料, 不仅提高了资源综合利用率, 而且对减少环境污染具有重要意义。同时由煤转化的醇醚燃料十分符合煤转化、煤气化的发展方向, 具有良好的经济性。
当前甲醇燃料在我国主要的应用领域是甲醇汽油。作为新能源的重要组成部分, 在节约车用燃料方面占据着重要地位, 车用燃料占全球原油总消耗的70%以上, 而实现对原油部分替代的甲醇燃料对节约能源、保护环境、促进我国能源产业可持续发展有着十分重要的影响。与之相应的二甲醚燃料可以替代液化石油气和煤气, 作为一种可用于工业生产的燃料, 现今已被广泛掺烧在各个领域, 占全国需求领域的90%以上。从醇醚燃料的应用领域结合我国当前的环境不难发现, 作为一个能源消耗大国, 我国对醇醚燃料具有相当大的市场需求, 醇醚燃料的发展拥有着巨大潜力。当前醇醚燃料在车用替代能源中的地位是毋庸置疑的, 伴随着汽车产业的发展, 对清洁能源醇醚燃料的需求更为突出, 与之相应, 醇醚燃料在科学技术上也将进一步发展和提高。
2 醇醚燃料作为汽车替代燃料的广阔发展前景
醇醚燃料作为车用替代能源具有极大的优越性, 兼具很大的经济效益和环境效益, 是我国能源行业、社会经济可持续发展的重要内容。
第一, 利用率高、能量大、动力性好。醇醚燃料燃烧值高, 蒸发潜热大, 可以提高发动机的热效率, 同时能够提高汽车的压缩比。据科学测试所得, 低含量甲醇汽油与国际标准汽油的能耗比为1.02:1.05, 高含量甲醇汽油和全甲醇燃料与国标汽油的能耗比为1.5:1.7。
第二, 安全性好。甲醇汽油和柴油的保守融合期为90d, 由于甲醇蒸汽压相对较低, 所以发生火灾的可能性就变得很小, 并且很容易被水扑灭。
第三, 尾气排放指标好。通过同标号国标汽油与发动机排放比较, M15甲醇汽油的常规HC、CO排放量分别降低至28.5%、23.12%, 而M85甲醇汽油分别降低到30%~50%, 50%~70%, 数据表明, 所有这些非常规排放除了甲醛含量, 均要比汽油、柴油要好。
第四, 适应性好, 应用全面。使用M15~M30的甲醇汽油和柴油不需要改变发动机就可以使用, 同时也可以和常规汽油按任意比例混合使用, 互相交换。
第五, 经济性好、成本低、效益高。醇醚燃料可以使用多种原料。据资料显示, 目前甲醇的生产成本为1 400~2 000元/t, 相比直接利用煤的效益要高。
醇醚燃料的发展有很好的政策环境保障。根据相关资料统计, 从2010年2月颁布的《聚氯乙烯等17个重点行业清洁生产技术推行方案》开始, 在不到两年的时间里先后颁布了17个关于醇醚行业发展的政策。与此同时, 2011年9月出台的关于二甲醚进入车用市场的“通行证”—《车用燃料用二甲醚》也使二甲醚车用新能源发展有法可依。可以看出我国正在逐步通过法律政策来调整能源的结构, 而对关于醇醚燃料的法律法规的规范, 是未来醇醚燃料能源完全成为车用能源的体现。
3 醇醚燃料在车用替代能源中未来发展趋势
3.1 政策发展趋势
因为现行的相关标准体系尚未健全, 这给醇醚燃料的推广带来很多阻力和不确定性, 因此在未来推广醇醚燃料的过程中, 逐步完善相关政策、制定统一标准是必须的, 在技术关键方面的两个标准《车用甲醇汽油添加剂》、《车用甲醇汽油中甲醇含量检测方法》也将尽快完善, 与醇醚燃料与汽车产业的标准实现初步的配套使用。
3.2 技术发展趋势
在当前迫切需要清洁燃料的形势下, 我国对醇醚燃料的发展已有了思想和技术上的准备。醇醚清洁燃料和清洁汽车事业的发展, 顺应我国现在的发展形式, 因此未来醇醚燃料发展具有更大的空间。由于醇醚燃料“以煤为主”的国情特性, 传统醇醚产业已有了很长的发展历史, 我国多年来主要产品产量居世界第一位, 但是传统的产业存在产能过剩的现象。未来要充分实现醇醚燃料的潜能, 必须进一步提高技术, 目前来看, 我国的现代醇醚项目还处在工程示范阶段, 产业格局还在孕育之中, 未来的醇醚项目也会受到一定限制, 而加强技术开发与研究仍是行业发展的关键。
4 结语
醇醚燃料的发展是新能源的重要发展内容, 我国是一个人口大国, 随着近年来私人汽车的大幅度增长, 加快改变汽车能源结构势在必行, 而醇醚燃料在车用替代能源中的发展将会更新汽车产业结构, 推动社会生产力的发展, 改变人们的生活方式。其未来的发展趋势将会向更经济、更环保、更可持续发展。
摘要：随着21世纪科学技术的迅猛发展, 能源方面的问题成为全世界广泛关注的话题。化石能源的储量正在迅速减少, 未来总有一天会枯竭, 在能源日益紧张、油价持续走高的情况下, 石油逐渐成为能源进口国家发展的软肋, 许多国家开始开发新型能源以求解决能源来源的问题, 在这种环境下, 醇醚燃料受到社会各界的广泛关注。本文将以当前我国能源状况为背景, 简述我国醇醚燃料在发展环境及行业发展中的重要意义, 并对醇醚燃料在车用替代能源中的发展趋势及前景做简要分析和预测。
关键词：醇醚燃料,替代,能源,发展
参考文献
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车用燃料 篇7
目前, 以石油为原材料的汽油和柴油仍然是车用燃料的主要形式。石油作为一种不可再生资源, 中国早在2004年就已经成为了石油净进口国。为缓解石油资源的紧张及日益严峻的环境污染问题, 寻求新的车用燃料是汽车产业发展的必经之路, 由此国内也相继出现多种车用替代燃料, 包括压缩天然气 (CNG) 、液化石油气 (LPG) 、乙醇、生物柴油等。每种燃料具有其独特的使用性能, 使用不同的燃料势必对发动机的性能产生不同影响。
发动机的性能主要包括动力性、经济性、排放性, 发动机性能主要取决于实际工作过程进行的好坏, 进入气缸的燃料的燃烧过程, 直接影响了发动机的热功转化率及废气成分, 故发动机性能的改善离不开发动机燃烧过程的完善。本文主要从燃料的角度分析了不同燃料的使用性能, 进而找到改善发动机性能的措施。
1 各种车用燃料使用性能分析
2.1 汽油
汽油作为点燃式发动机的燃料代表, 其主要性能有抗爆性、蒸发性、氧化安定性等。
汽油的抗爆性决定了汽油机的燃烧组织形式。抗爆性的好坏用辛烷值大小表示, 辛烷值高的汽油抗爆性好。压缩比高的汽油机应使用高辛烷值的汽油, 否则会使发动机工作恶劣, 出现爆燃现象。故可以通过改进汽油的抗爆性来提高汽油机的压缩比范围, 进而改善汽油机的性能。目前汽油抗爆性的提高主要靠向汽油中添加抗暴剂[1], 如甲基叔丁基醚 (MTBE) 、乙基叔丁基醚 (ETBE) 、乙醇等。这些抗暴剂的使用均有其负作用, 如MTBE易与水结合造成水质污染;ETBE生产成本高;乙醇沸点低, 乙醇汽油的使用在高温下会产生气阻。要想从根本上提高汽油的辛烷值, 必须改善汽油的炼制过程, 增强燃料稳定性。
汽油的蒸发性用蒸发量分别为10%、50%、90%时所对应的温度来评定, 温度越低, 蒸发性越好。蒸发性好的汽油容易与新鲜空气形成均质可燃混合气, 有助于改善汽油机的冷起动性与加速性能。但蒸发性过强的汽油, 在高温下易导致发动机供油系统“气阻”。
汽油的氧化安定性主要影响燃料的使用安全性及其在发动机中的应用性能。氧化安定性不好的汽油, 其存储、运输安全性降低, 且会增加发动机爆燃倾向。为提高汽油的氧化安定性, 可在汽油炼制过程中添加抗氧防胶剂和金属钝化剂。
2.2 柴油
柴油作为压燃式发动机的燃料代表, 其主要性能及质量指标有自燃性、雾化和蒸发性、硫含量、低温流动性、安定性等。
柴油的自燃性用十六烷值来评定, 十六烷值高, 则自燃性好。柴油良好的自燃性决定了柴油机混合气形成方式及燃烧组织形式。车用柴油的十六烷值也并非越高越好。十六烷值过高, 使喷入气缸的柴油来不及与空气均匀混合就提前自燃, 导致燃烧不完全, 热效率下降, 经济性变差。而十六烷值过低的柴油, 使发动机燃烧过程恶化, 工作粗暴。因此应合理控制车用柴油的十六烷值。
柴油中的硫含量加重了柴油机废气对环境的污染, 影响了柴油机的排放性能, 且二氧化硫遇水后形成亚硫酸, 对各零部件形成腐蚀, 影响其使用寿命。为了改善发动机性能, 必须严格控制油品中的含硫量。现行的脱硫技术主要是加氢脱硫, 但该方法成本高, 研发新的低成本脱硫技术, 也是改善发动机性能的途径之一。
2.3 压缩天然气CNG
CNG作为国内最早推行的车用替代燃料, 以其优惠的价格和明显的减排效果, 已经在部分城市的公共交通工具上得到了广泛应用。
CNG在发动机中的应用主要有两种方式[2]:一是单燃料天然气发动机, 即专用天然气发动机, 由火花塞点火燃烧;二是双燃料天然气发动机, 即在柴油机的基础上添加天然气供给系统, 由柴油引燃燃烧。
CNG的主要成分是甲烷, 其辛烷值明显高于汽油, 故常应用于高压缩比的发动机, 也可改善因其充气效率下降而造成的功率不足。此外CNG极易汽化, 可快速与其他工质混合形成均质可燃混合气, 使燃烧过程更完善, 排放性及热效率均有所提高。因此使用CNG做为燃料的发动机可以有更好的动力性、经济性及排放性。。
天然气在发动机中的应用, 再配合稀燃和废气再循环技术, 可使尾气中的CO2含量明显降低, 使发动机更易满足日趋严格的排放法规。
2.4 液化石油气LPG
LPG的主要成分是丙烷和丁烷, 是一种石油基燃料, 所以作为车用替代燃料, LPG在我国的推广力度不如压缩天然气CNG。但其使用性能与CNG相差不大。其在发动机中的应用主要有三种:单燃料 (LPG专用发动机) 、两用燃料 (汽油、LPG可切换使用) 、双燃料 (柴油和LPG混合) 。
2.5 醇类燃料
目前醇类燃料主要包括甲醇和乙醇, 均属于可再生资源。醇类燃料的辛烷值高, 故常作为点燃式发动机的替代燃料, 但十六烷值低, 很难应用于压燃式发动机。
醇类燃料在发动机中的应用处于与汽油掺烧阶段, 将乙醇与汽油以一定比例混合, 在点燃式发动机中燃烧。由于添加了醇类燃料, 可提高燃料的辛烷值, 提高燃料的抗爆性, 因此可以提高发动机的压缩比范围, 从而改善发动机动力性和经济性;另外醇类燃料的燃烧产物更洁净, 主要是水和二氧化碳, 故可改善发动机的排放性。
醇类燃料的应用主要受其生产成本的限制, 其原材料的开发与制造技术还需进一步研究与成熟。
2.6 生物燃料
生物燃料作为一种绿色清洁燃料, 其资源较广且丰富, 是汽车用替代燃料的重要发展方向。
目前国内主要的生物燃料形式有:燃料乙醇、生物柴油及生物合成燃料, 其主要原材料包括粮食、含油植物、废油 (地沟油) 、藻类、生物质裂解油等[3], 且多数处于研究示范中。生物燃料的研制有助于调整我国的能源结构, 保障我国能源安全。其中利用传统农作物为原料生产得到的燃料如乙醇和生物柴油, 已得到商业化发展。
生物燃料在发动机中的应用, 可明显改善发动机的经济性与排放性。
3 结语
通过对各种车用燃料的使用性能进行分析, 得到如下结论:
1) 改善汽油品质, 提高其抗爆性及安定性, 有助于改善发动机的动力性和经济性。
2) 合理控制柴油的十六烷值及硫含量, 可改善柴油机的尾气排放、提高其使用寿命。
3) 新兴替代燃料的使用, 不仅可以缓解石油资源的紧缺, 还可从多方面改善发动机的性能, 包括动力性、经济性、排放性。
在未来一段时间内, 车用燃料仍将以汽柴油作为主要燃料, 但从节能、环保、改善发动机性能等方面考虑, 我国政府应继续制定相应的政策鼓励各种新兴替代燃料的发展, 使其充分发挥补充作用。其中替代燃料加油站的建设是保证替代燃料被广泛接受的重要措施之一。鼓励各地区因地制宜, 发展适合本土的替代燃料, 如山西煤产量丰富, 可适度发展煤基燃料, 东北地区盛产粮作物, 可适度发展乙醇燃料。另外, 对各种替代燃料的使用都应制定相应的标准及技术要求, 以监督市场, 使其健康稳定发展[4]。
摘要：国内车用燃料市场出现了多元化状态, 本文针对现存的多种车用燃料, 分别分析了它们在发动机应用中的性能, 并对国内车用燃料市场做了预测, 着重分析了新兴替代燃料CNG、LPG、醇类燃料、生物燃料的使用对发动机性能的影响。
关键词：车用燃料,发展趋势,使用性能,发动机性能
参考文献
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[2]吴建华.汽车发动机原理[M].机械工业出版社, 2014:63-64.
[3]张经然.车用生物燃料技术研发决策评价研究[M].武汉:武汉理工大学, 2014, 4.
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