2025年正丁醇行业分析：生物柴油喷入正丁醇-空气预混合气的着火及反应区扩展特性研究

  在当今能源转型的关键时期，正丁醇作为一种极具潜力的可再生燃料，其在内燃机中的应用特性受到了广泛关注。特别是在生物柴油与正丁醇组合应用于先进燃烧模式的研究中，深入探究其着火及反应区扩展特性，对于优化燃烧过程、提高热效率以及降低污染物排放具有重要意义。本文通过构建燃烧反应机理并结合实验数据进行验证，模拟研究了生物柴油喷入正丁醇-空气预混合气的着火及燃烧过程，分析了不同参数对燃烧特性的影响，为正丁醇在内燃机中的高效清洁应用提供了理论支持。

  一、正丁醇-生物柴油联合燃烧反应机理构建与验证

  《2025-2030年中国正丁醇行业发展趋势分析与未来投资研究报告》基于生物柴油的真实组分，构建了包含218个组分和856个反应的联合燃烧反应机理，该机理整合了生物柴油和正丁醇的燃烧特性。通过与实验数据对比验证，该机理在不同工况下对油酸甲酯和正丁醇的着火延迟时间的预测与实验值吻合良好，表明其具有较高的准确性。此外，基于KIVA-4程序的模拟研究，修正后的定容燃烧室模型和喷油器参数设置，能够有效模拟生物柴油的喷雾特性，包括液相和气相贯穿距，以及在不同温度条件下的火焰抬升长度和碳烟分布，进一步验证了模型的可靠性。

  二、正丁醇-生物柴油燃烧过程中的缸内初始温度影响

  正丁醇行业分析提到缸内初始温度对生物柴油喷入正丁醇-空气预混合气的燃烧过程有着显著影响。随着缸内初始温度的升高，生物柴油的着火时刻逐渐提前，滞燃期缩短，火焰抬升长度减小，OH分布浓度增加，表明燃烧反应更为剧烈。在850 K至900 K的温度范围内，滞燃期从0.45 ms缩短至0.30 ms。此外，初始温度的升高使得碳烟总量减少，而氮氧化物的生成量增加。具体而言，当缸内初始温度为850 K时，碳烟生成量为4.22×10^-6 kg，而当温度升至900 K时，碳烟生成量降至2.53×10^-6 kg;相反，氮氧化物的生成量从6.31×10^-8 kg增加至1.94×10^-7 kg。

  三、正丁醇-生物柴油燃烧过程中的初始氧气浓度影响

  初始氧气浓度同样对生物柴油喷入正丁醇-空气预混合气的燃烧过程起着关键作用。较高的初始氧气浓度可以缩短滞燃期，减少火焰抬升长度，促进燃烧反应的加快。当初始氧气摩尔分数从15%增加到21%时，滞燃期从0.75 ms大幅减少至0.45 ms。同时，较高的氧气浓度能够加强碳烟的氧化，导致其总量减少，而氮氧化物的生成量则显著增加。在初始氧气摩尔分数为15%时，碳烟生成量为4.77×10^-6 kg，而当氧气摩尔分数升至21%时，碳烟生成量降至4.22×10^-6 kg;氮氧化物的生成量则从2.11×10^-10 kg增加至6.31×10^-8 kg。

  四、正丁醇在内燃机中的应用前景与挑战

  正丁醇作为一种可再生燃料，在内燃机中的应用展现出广阔前景。其与生物柴油的组合不仅能够实现较高的热效率，还能有效降低主要污染物的排放。然而，正丁醇的应用也面临一些挑战，如在高载荷工况下对压力振荡的控制以及一氧化碳和未燃烧碳氢化合物的排放问题。通过优化燃烧反应机理和喷油策略，构建更为复杂的混合气分层结构，有望进一步提升正丁醇在内燃机中的应用性能，拓展其稳定运行的高载荷工况范围，降低污染物排放，为实现内燃机的低碳甚至净零碳排放目标提供有力支持。

  综上所述，通过对生物柴油喷入正丁醇-空气预混合气的着火及反应区扩展特性进行模拟研究，深入分析了缸内初始温度和初始氧气浓度对燃烧过程的影响，揭示了正丁醇在内燃机中的燃烧特性及其污染物排放规律。这些研究成果不仅为正丁醇在内燃机中的高效清洁应用提供了理论依据，也为进一步优化燃烧过程、提高燃烧效率、降低污染物排放指明了方向，对于推动内燃机行业的可持续发展具有重要意义。

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