第5期內(nèi)燃機201 1年10月Intermal Combustion EnginesOct. 2011甲醇汽油熱值研究薛麗麗，劉瓊瓊，李冬會，谷占勛(長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西西安710064 )摘要:用氧彈熱量計對甲醇、汽油以及甲醇汽油的熱值進(jìn)行了測定，誤差控制在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T384 -81要求的范圍內(nèi)。通過實驗，得出甲醇汽油的熱值隨著甲醇比例的增加而降低。采用理論分析公式計算的熱值與實驗值的誤差范圍為4.8%~37.8%，采用傳統(tǒng)擬合公式的誤差范圍為0.6%- 28.2%，采用本實驗新推論的擬合公式誤差范圍為0.2%- -2.9%。關(guān)鍵詞:甲醇汽油;熱值;研究中圖分類號: TK411文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A文章編號: 1000 - 6494(2011)05 - 0033 - 04Research on the Heating Value of Methanol GasolineXUE Li-li, LIU Qiong -qiong, LI Dong- -hui, GU Zhan-xun(College of automobile, Chang' an University, Xi 'an 710064, China)Abstract: In this paper, the heat value of methanol, gasoline and methanol-gasoline were researched with oxygen bomb calorimeter, byGB/T384 -81 national standard, and the results are in the range of national standard. Through experiments, the heat value of methanolgasoline increased with the ratio of methanol. The error range of theoretical analysis and experimental valucs is 4.8%~37.8%, using thetraditional formula, the error range is 0.6%~28.2%, using a new deduction of the experimental, error range of the fiing formula from0.2% to 2.9%. This new corollary to ilustrate the quadratic approximation formula can be used as the general estimate fornula fuelheating value.Key words: methanol-gasoline; heating value; research0前言進(jìn)行甲醇熱值的實驗測定與建立醇類燃料理論熱值燃料的熱值是指單位質(zhì)量的該燃料完全燃燒的估算關(guān)系式，具有重要的指導(dǎo)意義。放出的熱量，是燃料燃燒特性的重要參數(shù)，也是燃1實驗原理和試驗方法油品質(zhì)的重要指標(biāo)。燃料的熱值直接影響它的使用1.1 實驗儀器及工作原理性能，比如發(fā)動機的動力性能和經(jīng)濟性能。甲醇汽油作為一種新能源，其清潔、環(huán)保、經(jīng)濟的特點已本實驗所用主要儀器見表1。表1實驗儀器經(jīng)被大家所認(rèn)可，其作為車用燃料在發(fā)動機內(nèi)燃燒的燃料技術(shù)性能也已經(jīng)成熟。隨著甲醇汽油在我國儀器名稱參數(shù)大多數(shù)城市的大力推廣，人們對于甲醇汽油的了解氧彈熱量計熱容量14000~15000 JK也逐漸增多，但是作為清潔替代燃料，關(guān)于其動力分析天平精度0.001 g性和使用汽油時一樣，不會有所下降這一-問題- - 直電子秤精度0.1g .存有疑問。甲醇汽油的熱值，以前更多的是根據(jù)燃溫度計精度0.01 C料中的碳?xì)湓氐馁|(zhì)量百分比進(jìn)行估算的，而當(dāng)甲氧氣瓶純度>99%醇作為車用燃料，熱值上升為甲醇的主要參數(shù)時，其中氧彈熱量計5次苯甲酸標(biāo)定的儀器熱容量作者簡介:薛麗麗，女，山東菏澤人，在讀研究生,主誤差不超過5%，苯甲酸是國家GBW(E) 130035中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，熱值26466J/g。測定的苯甲酸的要研究方向為汽車新能源。熱值與給定的熱值數(shù)據(jù)誤差不超過60 J/g。收稿日期: 2011-04- 06.內(nèi)燃機2011年10月氧彈量熱計測定燃料發(fā)熱量的基本原理是:入相應(yīng)的樣品質(zhì)量、儀器熱容值(提前標(biāo)定好的)、稱取一定質(zhì)量的試樣置于充以純氧的氧彈中燃燒，附加熱(鎳鉻絲的燃燒熱，也是測定過的)確定即該氧彈浸沒在一定質(zhì)量的內(nèi)桶中，并放在充滿-一定可。測量結(jié)束。質(zhì)量保持內(nèi)桶溫度相對穩(wěn)定的外桶中。根據(jù)燃燒完畢后釋放出的熱量使水溫升高的情況計算出試樣的2試驗中用到的計算公式燃燒熱值。燃燒測定值即為彈熱值。2.1試樣彈熱值計算 公式1.2 試驗方法儀器所測量出來的樣品彈熱值記為H,它是包在實驗中，由于要測定的甲醇、汽油以及甲醇括膠囊熱值在內(nèi)的總熱值，因此應(yīng)該扣除膠囊燃燒汽油屬于揮發(fā)性物質(zhì)，因此采用膠囊密封之后放在所帶來的熱值，膠囊的熱值記為H,也就是18 506燃燒皿上固定的方式進(jìn)行試驗，代替國標(biāo)CB384-J/g，試樣彈熱值記為Qo,計算公式如下:81中用聚乙烯制備的安瓿密封，因為如果選用這種o_= M.XH-M.XH(1)塑料，還需要用棉線進(jìn)行捆綁固定,棉線的熱值同M2 -M樣需要測定。因此，直接用膠囊進(jìn)行密封揮發(fā)性的式中，Q2為試樣的彈熱值，J/g ; M,為膠囊的試樣，用鎳鉻絲固定進(jìn)行試驗，而且鎳鉻絲的熱值質(zhì)量, M2為裝試樣后的膠囊質(zhì)量。是已知的，因此這種方法方便而且成本不高。膠囊2.2總熱值計算公式屬于塑料制品，在燃燒中同樣會帶來附加熱，因此Qz= l-(94.20S +N)(2)對膠囊的熱值提前進(jìn)行了測定。式中，Q2為試樣的總熱值，J/g; Q。為試樣的關(guān)于膠囊熱值的測定方法概述:把膠囊掰成碎彈熱值，J/g; 94.20為硫含 量每1%相當(dāng)于產(chǎn)生熱量片，裝人完整的空膠囊內(nèi)，稱好質(zhì)量,并將膠囊放為94.20J; S為試樣的硫含量，%; N為硝酸的生成進(jìn)燃燒皿進(jìn)行固定，并綁好點火絲放進(jìn)氧彈進(jìn)行充劑溶解于水的熱量，對于文中的甲醇或汽油均屬于氧燃燒即可。同樣的實驗重復(fù)進(jìn)行三次，結(jié)果取三輕質(zhì)燃料，經(jīng)驗數(shù)值為50.24 Jlg。對于硫含量不大于次的平均值。膠囊熱值的數(shù)據(jù)記錄見表2。0.2%的燃料，酸的總修正數(shù)可以采用62.80J/g,即:表2膠囊的熱值測定數(shù)據(jù)Qz= Qo- 62.80(3)外桶內(nèi)桶樣品彈平均2.3氫含量Bn (%)估算號水溫/C水溫/C質(zhì)量(/g熱值(J.g)_值(J.g")0.005gn=0xQ-41.4.(4)20.719.7 1.015 1118 483式中0.005和41.4分別為經(jīng)驗系數(shù), l為試樣的19.7 0.975 0218 49418 506彈熱值, J/g。20.819.9 1.043 3518 5402.4低熱值的計算三次試驗誤差 最大為57 J/g，因此在國標(biāo)規(guī)定Q=Qz-6x9x4.187g%(5)的誤差不超過60 J/g的范圍內(nèi)，實驗數(shù)據(jù)可靠，因式中，Q2為試樣的總熱值，J/g; 25.12為水蒸氣每1%(0.01g)的汽化潛熱，J/g; 9為氫含量百分?jǐn)?shù)換算此所用膠囊的熱值為18506 J/g。甲醇汽油的熱值測定方法如下:選取密封性為水含量百分?jǐn)?shù)的系數(shù); g,為試樣中的氫含量，%。能合適的膠囊兩個，用分析天平稱取其質(zhì)量，記為3實驗結(jié)果分析M1，用注射器吸人適量的甲醇汽油分別注人兩個膠囊中，稱取注射甲醇汽油后的膠囊的質(zhì)量，記為實驗對M0(93號汽油)，M15, M25, M50, M85,M2，用溫度計測量量熱體系外桶的溫度，記錄下M100甲醇汽油的熱值進(jìn)行了測定。其中的甲醇均來，并調(diào)節(jié)內(nèi)桶水的溫度低于外桶1 C左右，記錄為分析甲醇，測定的高熱值為22768 J/g,低熱值其溫度;把稱好的裝有甲醇汽油的膠囊用鎳鉻絲固為19959Jg。甲醇汽油的基礎(chǔ)油均是市場銷售的車定好，放置于燃燒皿中，并接好點火絲，放人提前用93號汽油。為了排除添加劑對甲醇汽油熱值的影盛好10 mL水的氧彈內(nèi)，擰緊氧彈蓋，將充氧器接響，甲醇汽油中都沒有加入添加劑。其中低比例甲在氧氣瓶上，對氧彈充氧30s，氧氣閥壓力在2.4~醇汽油可以互溶，高比例甲醇汽油也沒有發(fā)現(xiàn)分3.0MPa范圍內(nèi)，將內(nèi)桶放在外桶的絕緣支架上，層，只是中等比例的M50甲醇汽油出現(xiàn)了不能互溶的插好點火線，蓋好外桶桶蓋。按照儀器操作界面輸現(xiàn)象。因此針對M50甲醇汽油采取了用注射器按量注第5期.薛麗麗等:甲醇汽油熱值研究射的方式。每個試樣進(jìn)行三次試驗，兩兩之間誤差量，完全燃燒1 kg的氫放出121 004 kJ的熱量。用不超過60Jg。結(jié)果均保留整數(shù)。實驗結(jié)果見表3。公式表示就是: .Q=32 9933x8. +121 004x%(7)表3甲醇汽油熱值測定數(shù)據(jù)名稱水溫/C水 溫/C外桶內(nèi)桶MlgM2/9樣品彈Q表示燃料的理論熱值，J/g; g, 表示燃料中碳熱值/J.g)的百分含量，%; B%表示燃料中氫的百分含量, %。93#18.517.50.14266 0.55484 39 121公式(6)是燃料中碳和氫完全燃燒釋放出的熱M1519.50.146 190.550 8536 477量，不代表實際燃燒狀況。我們平時都是用下面的M25 19.618.60.14489 0.553 1635 551公式估計某種燃料的熱值。Q=4.187(8 100x B.+24 600 XB)(8)M5019.718.70.148 740.522 215 013式中，Q為某種燃料的熱值，MJ/kg; g. 為燃料18.80.14617 0.524 5623154中碳元素的質(zhì)量比，%; g,為燃料中氫元素的質(zhì)量M10019.918.90.144 280.825 4522 03比，%;其中8 100和24 600為估算的經(jīng)驗系數(shù)。因為沒有專門的汽油產(chǎn)品分析儀來測定試樣由.上面三個公式我們可以看出，碳、氫元素含中的硫元素和氫元素,加上試樣中的硫元素含量較量不同的燃料其熱值也會不同。用公式(7)估算的熱小，而且對熱值的影響不大，因此按照公式(3)來值記為Q，公式(8)估算出來的熱值記為Q2，根據(jù)重計算試樣的高熱值。通過計算，我們得出甲醇汽油新擬合的公式(6)估算出來的熱值記為Q，把Q、的熱值，見表4。Q2，, Q,與實驗測定的數(shù)值對比見表5、表6、圖1,表4不同比例甲醇汽油的熱值并計算了估算值與實驗值之間的誤差，發(fā)現(xiàn)甲醇總熱高熱低熱Q>Q>Q。根據(jù)重新擬合的公式計算出來的熱值與實光油值VJg) gh1%值(J.g') 值/J.g)值/MJ .kg"驗值最接近，誤差也最小，Q,的誤差最大為2.9%。47065 14.8 47 00243 65643.66表5熱值估算值與實驗值M1543113 14.2 43 05039 90239.90名稱Q/J.g) Q/(J.g)Q/u.g')實驗值/].g")M2541 628141 56538 46338.4645 75543 93244 077M8525 0981225 03522 20422.2043 01641 18140 37440 101M100 22 78512.5 22 72219 95919.9641 19139 34737 90537 731從表4我們可以看出，甲醇汽油的熱值隨著添加M5036 62734 76331 73331 806的甲醇比例的增加而降低，氫元素的含量也呈降低的30 23728 34423 09223 511趨勢。高熱值比低熱值高2 760~ 3400J/g。M10027 49825 59319 389根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，利用EXCEL里面的回歸方法,對測定的甲醇汽油的低熱值進(jìn)行回歸分析，得到相表6熱值估算值與實驗值誤差百分比關(guān)系數(shù)R為1,因此線性相關(guān)，并得出其回歸方程Q,誤差/%Q2誤差1%Q,誤差1%式如下:.80.61.0Q=- 10.54+47.38 XB+97.29XB(6)7.32.70.7Q代表燃料的低熱值，MJ/kg; g: 為燃料中的碳4.30.5元素的質(zhì)量百分含量，%; g為燃料中氫元素的質(zhì)15.29.3-0.量百分含量，%; 47.38和97.29為回歸系數(shù)。從燃燒本質(zhì)上來說，甲醇和汽油的燃燒就是M85 .28.620.6-1.8碳和氫的高溫化學(xué)反應(yīng)，這兩個化學(xué)反應(yīng)都屬于放37.828.2-2.9熱反應(yīng)?！鱄為負(fù)值表示放出熱量?；瘜W(xué)反應(yīng)方程.4結(jié)論式為:C+O2=CO2△H =-395 672kJ/mola.筆者利用氧彈熱量計測定甲醇汽油的熱值的H,+號O2=H2O △H =-242 124kJ/mol方法是可行的，符合GBT384 -81的要求，為了保因此，完全燃燒1kg的碳放出32993kJ的熱證試樣材料的密封，研究采用了膠囊注射法。試驗. 36.內(nèi)燃機201 1年10月b.采用液體燃料理論分析公式估算熱值，其4一實驗值→Q→←Q2→Q誤差范圍為4.8%~37.8%;采用傳統(tǒng)擬合公式的誤3 39差范圍為0.6%~28.2%;采用本實驗新推論的計算三35L 31公式，誤差范圍為0.2%~2.9%。 這說明了新推論的計算公式能夠作為估算燃料熱值的一-般公式使用。1行304560方90105[參考文獻(xiàn)]甲醇比例%1] GB/T384. -91,石油產(chǎn)品熱值測定法[S].圖1甲醇汽油實驗熱值與估算值對比[2] DL/T 567.8- -95,燃油發(fā)熱量的測定[S].誤差小于60 J/g.在國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的120 J/g范圍之[3]葉慶,鄧功沈良軍等. 燃料油熱值測定方法研究[J].檢驗內(nèi)。證明采用膠囊注射對液體燃料進(jìn)行熱值測定的檢疫科學(xué) 208.4):3- -5.方法是可行的。④④④④④④④④④④④④④④④④④④◆④④⑨④⑨④◆⑦④④④④④④◆②⑨◆◆◆◆④◆④④◆④④④④④④④④④⑨④④④◎(.上接第16頁)表2進(jìn)氣均勻性對比示意pro- STAF 3.219 -Jan-10瞬態(tài)相對平均進(jìn)氣量誤差/%VELOCTY MAGNIT歧管出口123TIME=0.130866LOCAL MX=51.85增壓53.3 .-10.2-8.2LOCAL MN=0.367448.18-18.76自然進(jìn)氣10.60.8-6.7-4.744.50 -15.0840.82一11.40造成1，2兩缸進(jìn)氣量比3，4兩缸進(jìn)氣量偏大。圖37.14 -7.72333.47 4.0455.顯示3缸開啟時1缸內(nèi)的氣體流動，圖6顯示了1缸29.79 0.36745.11開啟時3缸內(nèi)氣體的流動。從圖中可以看出當(dāng)3缸圖6 1缸開啟3缸管道流場分布開啟時，1缸有相當(dāng)明顯的氣流流進(jìn)，而1缸開啟3結(jié)論時3缸幾乎沒有明顯的氣流流入，4缸內(nèi)氣體的流動狀態(tài)與3缸相似。正是因為匹配增壓機型時歧管通過對進(jìn)氣歧管的CFD數(shù)值模擬分析表明:的貫通性強，導(dǎo)致1缸進(jìn)氣量大，而3，4兩缸進(jìn)氣a.該進(jìn)氣歧管進(jìn)出口壓力損失較小可以滿足.量少。自然進(jìn)氣發(fā)動機因為人口氣體壓力小，氣工程上的需求，說明歧管內(nèi)部管路設(shè)計合理，歧管體的穿透性較差，所以各缸的進(jìn)氣均勻性較增壓有 較好的流通性能。發(fā)動機好。b.瞬態(tài)計算由于發(fā)動機工作條件不同而導(dǎo)致pDSTAF歧管內(nèi)氣體均勻性出現(xiàn)差別，說明該進(jìn)氣歧管匹配20- Jan-10自然進(jìn)氣發(fā)動機更為合適。VELOCITYMc.CFD分析可以為設(shè)計人員提供清晰的內(nèi)部TIME=0.136LOCAL MX=流場信息，是設(shè)計人員對歧管的設(shè)計效果有直觀的LOCAL MN=一34.02 一14.81了解。在提高設(shè)計能力，節(jié)約試驗成本方面,_ 2922 _ 10.01CFD分析可以起到重要的作用。26.81 --7.60824.41 - 5.20722.012 80619.61 0.405 47.211JohnD.Anderson.Computational Fluid Dynamics[M]北京: .機械工業(yè)出版社，2006.圖53缸開啟1缸管道流場分布2周龍保.內(nèi)燃機學(xué)[M], 北京:機械工業(yè)出版社，1999.