燃料供给系统及安全智能化结构设计.doc

本科毕业设计(论文)手册毕业设计(论文)题目 dme燃料供给系统及安全智能化结构设计 7 毕业设计开题报告一、开题报告：1、 设计的研究目的及意义21世纪人类面临的三大问题是人口急剧膨胀、资源匮乏、环境的不断恶化，随着我国的高速发展，综合国力的显著提升，人民生活水平的不断提高，资源匮乏和环境恶化显得更加突出，生态将要失去平衡，这些问题严重阻碍了我国的社会主义现代化建设，作为一个大型的发展中国家，遏制这些问题迫不及待。据了解，目前人类在实用的能源有将近90%的是不可再生的，其中石油占据了主要份额，与我们生活息息相关的汽车行业就是消耗石油里面提炼出来的汽油和柴油，据调差表明，我国煤的所有量约为世界的30%，可供我们采用数百年；石油的所有量仅站世界的2.4%，从1993起我国就已经成为石油纯进口国，到2010年，我国石油总需要的47%需要进口【1】。近年来我们经济高速发展，汽车行业也是兴兴向荣。据调查，平均每8人就有一辆车，随之而来的就是石油短缺带来的汽油和柴油价格上涨，严重影响我国汽车行业的发展【2】。同时，随着生态环境的不断恶化，人们越来越重视环境污染问题，而汽车燃烧排放的尾气就是城市大气环境的一个主要污染源，因此世界各国都对发动机排放限值也日趋严格，我国也在制定更加全面的新排放标准，通过减少烟雾和微粒及有害气体等排放尾气来创造良好的空气环境。由于传统燃料不但是是不可再生能源，而且燃烧时产生大量的对环境有害的气体如，所以开发新能源已成为人类发展中的紧迫课题，作为继甲烷后的另一新型替代燃料二甲醚（dme）有其独特的特点，近几年已备受国内外重视。二甲醚又称甲醚，简称dme，在常压下是一种无色气体或压缩液体，与石油液化气（lpg）相似。溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多种有机溶;易燃,在燃烧时火焰略带光亮; 在燃烧时不会产生破坏环境的气体.所以它作为替代传统燃料油有很好的前景，常温下dme具有惰性,不易自动氧化.无腐蚀,无致癌性,毒性很低,蒸气有刺激和麻醉作用.二甲醚用途比较广泛,主要用于气雾制品喷射剂,制冷剂,溶剂等,另外也可用于化学品合成.在辐射或加热条件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等。在空气中爆炸极限345-26.7【3】。二甲醚还具有良好的易压缩、冷凝、汽化特性，在制药、燃料、农药等化学工业中有许多独特的用途。可代替氟里昂用作气溶胶喷射剂和致冷剂，减少对大气环境的污染和臭氧层的破坏。作为民用燃料气,其储运、燃烧安全性、预混气热值和理论燃烧温度等性能指标均优于石油液化气，可作为城市管道煤气的调峰气、液化气掺混气。也是柴油发动机的理想燃料，与甲醇燃料汽车相比，不存在汽车冷启动问题。它还是未来制取低碳烯烃的主要原料之一。由表1-1得二甲醚作为替代燃料有其独特的特点：1）二甲醚分子结构中只有c-h和c-o键，没有c-c键，此外它还是是富氧燃料，有利于减少有害气体的排放，几乎可以达到零碳烟排放。同时它可以使用更大的废气再循环率，降低nox的排放。2）二甲醚的十六烷值很高，远远高于其他替代燃料，更适合在压燃式发动机上用。3）二甲醚汽化的蒸发潜热很大，几乎是柴油的两倍，蒸发降低了缸内混合气体的温度，有利于nox的形成。4）二甲醚的沸点低，喷入气缸后的雾化速度比柴油快的多，与缸内空气混合均匀，燃烧品质比柴油好。5）二甲醚的粘度比传统的柴油低，在喷射时不易形成堵塞。二甲醚作为柴油机新型的替代燃料的突出优点已引起了国内外学者的高度重视，1996年以来国际能源所每年都要在欧洲主持召开一次dme专题讨论会并于1997年10月正式启动一项旨在推动dme的应用研究和新技术开发、促进北美和欧洲成员国之间的全面合作和交流的行动计划【4】。 表1-1【5】 dme与其它燃料的性质对比比较内容二甲醚丙烷丁烷甲醇轻油(2号)化学式ch30ch3c3h8c4h10ch30h-分子量46.0744.0658.0832.04-沸点-24.9-42.1-0.564.5190-350液比重(沸点)0.750.580.60-蒸发潜热kj/kg467126386-蒸汽压mpa,200.5100.8330.207-爆炸极限%3.4-272.2-9.51.9-8.56.2-36-十六烷值55-545低位发热量mj/kg28.946.545.821.142.5由于技术的限制，现阶段二甲醚作为替代燃料还需要解决的问题主要有： 常规技术下二甲醚的生产成本略高于柴油(目前国产二甲醚量不大,规模小,价格约是甲醇的一倍,需改进工艺流程,采用新工艺,扩大规模,降低成本)。 在柴油机上用二甲醚,需对气态二甲醚加压,使其变成液态,需增加设备及控制措施.另外,需对加气站进行必要的改造,才能推广使用。 柴油机燃用二甲醚的在实用过程中还有一些技术难点。如:二甲醚的粘度较柴油低,需加入添加剂使其粘度接近柴油;二甲醚对金属无侵蚀性,但对橡胶等有不利影响等等; 由于二甲醚粘度比柴油小，单位时间内可能供油量不足，同时泄露的可能性也增加。 二甲醚比起柴油喷射时最高喷射压力下降，喷油也延迟了，每次喷射的油量也降低了，这就要求独特的喷油器。 二甲醚具有腐蚀性，要独特的材料制成的供给管道，提高了制造成本。2、 国内外的研究现状 早期二甲醚在柴油机上主要作为甲醇助燃剂，即二甲醚作为部分燃料先期进入到气缸，可以从进气道与空气同时进入。这主要是考虑dme的十六烷值高、自燃性好，因而使少量dme在进气行程进入气缸，在压缩行程后期先行燃烧，使得气缸温度升高，从而会对甲醇的着火起促进作用，并且对柴油性能和排放也会有一些作用。 在上个世纪90年代，一些外国学者对在柴油机上直接实用燃用二甲醚燃料在进行了大量的研究和实验，研究人员惊奇的发现仅对原机的燃油系统进行了一些改进，在保证原机高热效率和同样输出功率、转矩及燃油经济性的前提下，不用任何废气再循环系统和废气处理装置，nox的排放就能大幅降低。同时，碳烟排放为零，没有任何加速烟度，微粒排放也大幅度降低，而且研究分析表明排放的少量烟雾仅来自极少量的润滑油。并且no与碳烟排放控制的矛盾不再存在了。这些研究表明二甲醚燃料可实现清洁燃烧，实现柴油发动机超低排放，被称为21世纪柴油视十分理想的替代燃料。 一些先进发动机公司的专家们研究了将dme燃料用在柴油机上的种种数据，数据显示在全负荷范围内dme的燃料消耗率与用柴油的消耗率大致相当，但噪声却比用柴油低了将近10db(a),相当如汽油机的噪声。二甲醚的发展前途利好，其燃料技术已引起西方发达国家的政府和专家高度重视，近几年来欧美，日，韩等发达国家十分看好二甲醚燃料汽车的市场前景和环保效益，纷纷展开二甲醚燃料发动机与汽车的研究和开发。volvo汽车公司研制出了燃用二甲醚燃料的大客车及重型卡车样车，用于试车与示范。数据显示一个装有接触氯转换器的二甲醚汽车能够达到欧四标准。在日本，日本jfe、产业技术综合研究所、低排放车开发会社、交通公害研究所、五十铃汽车公司和伊藤忠会会社等分别研制了燃用二甲醚燃料的卡车样车和城市客车样车，并计划在年内小规模推广【6】。美国宾西法尼亚州大学成功改装运行了一辆然用二甲醚和柴油混合燃料的校内往返公交强。 国内也有很多科研机构注意到了这个新型替代燃料，多年来一直致力与二甲醚汽车的研究和开发。2000年，西安交通大学能源与动力工程学院汽车工程系率先采用dme代替柴油，进行了柴油发动机试验研究并与一汽合作开发了我国第一辆改用二甲醚的柴油发动机汽车。实验表明使用dme可使发动机功率提高60100w，热效率提高2-，噪音降低10-7。上海交通大学燃烧与环境技术中心从1997年开始就承担了我国首项有关二甲醚燃料的国家项目“新型低排污二甲醚燃料喷雾特性和燃烧机理研究”。对二甲醚燃料喷射过程，包括二甲醚燃料的泵端、嘴端油管压力和针阀升程、音速、闪急沸腾雾化现象和燃烧过程及二甲醚发动机可靠性进行了深入系统的研究。揭示了二甲醚燃料在发动机喷射特性、燃烧枕理与排放特性方面的一些规律，在台架实验中实现了发动机无炭烟排放和no排放,大幅降低nox排放。上海交通大学进一步开展了二甲醚燃料可控预混合燃烧的新方式的研究，研制出了二甲醚低压共孰电控式燃油喷射系统的发动机，在10*107k温度以下，成功地解决匀质预混合气压燃燃烧地若火控制和均匀浓预混合气制备两个关键技术，同时大大简化了发动机燃油喷射系统。2001年月上海内燃机研究所、上海焦化有限公司、东风朝阳柴油机公司根据上海市科学技术发展基金项垦“二甲醚发动机的研究与开发”的要求。进行了二甲醚替代柴油作为压燃式发动机燃料的研究工作。经过年的努力取得了二甲醚发动机比原机功率提高10，外特性最大扭矩提高10，在全部转速和负荷范围内实现无烟排放，噪声降低了10db，排放指标达到了欧iii的成果，该研究超过了现代国外气门柴油机的水平【8】。2005年5月6日上海交通大学燃烧与环境技术研究中心研制的我国第一台二甲醚城市客车上路。该车采用了自主研发的d6114zlqbz甲醚燃料发动机。经国家重型汽车质量监督检测中心和国家机动车产品质量监督检验中心检测。该车动力强劲车内外噪声比原型车下降2.5个分贝；排放远优予欧iii排放限值，碳烟排放为零。西华大学根据二甲醚的燃料特性，在一台常柴zs1100发动机上改装二甲醚供给系统，研究开发了二甲醚燃油消耗测试仪，对二甲醚用于电控单体泵的控制策略及二甲醚喷油泵等柱塞磨损等方面进行了相关仿真和试验研究，在二甲醚柴油机改装关键问题上做了一些应用性研究。武汉科技大学在总结了国内外关于二甲醚的研究情况后，自己设计了一套燃料供给系统，并发表了有关二甲醚作为柴油的替代燃料要解决的种种问题，目前dme燃料供给系统正在进一步完善，学校正在努力解决dme的存储和状态变化的问题，为二甲醚用在压燃式发动机上做了详细的研究。3、 毕业设计的进度安排【1】2012.2.272012.3.11 完成任务书；【2】2012.3.122012.3.25 提交开题报告和设计思路，教师审阅，批准开题；【3】2012.3.162012.4.15 初步完成设计内容，提交英文文献翻译，准备期中检查；【4】2012.4.162012.5.10 完成设计，编写说明书，绘制零件图；【5】2012.5.112012.5.20 修改设计，完善