余熱氣化甲醇燃料對內燃機性能的影響分析

梅昆

摘要：在現代生活中，內燃機的應用發展越來越受到人們的關注。為了推動內燃機的未來發展，需要實現余熱氣化甲醇燃料在其中的有效應用。由于傳統技術的限制，現有的余熱氣化甲醇燃料存在著一定的問題和不足。本文通過分析甲醇燃料的應用現狀，對其余熱氣化的發展現狀進行了研究。在此基礎上，本文通過分析內燃機的發展現狀，對應用于余熱氣化甲醇燃料的內燃機設計方法進行了總結。同時，本文結合時代技術發展的特點，對余熱氣化甲醇燃料的熱力過程和燃燒模型設計方法進行了研究，并探討了其對內燃機性能的影響結果。這些研究對余熱氣化甲醇燃料的應用和內燃機的發展有著重要的意義，有很好的現實價值。

關鍵詞：余熱氣化;甲醇燃料;內燃機

0? 引言

在現代生活中，內燃機的應用對人們的生活與生產活動的進行有著特殊的影響，其研究也一直是人們關注的重點。經過多年發展，內燃機的應用越來越成熟。隨著相關技術的發展，內燃機已經發展出多種不同的種類，基本可以滿足人們不同的應用需求。

隨著時代的發展，內燃機也逐漸暴露出自身的缺陷和不足。為了克服傳統內燃機的不足，推動新技術在內燃機中的應用逐漸成為了人們關注的重點。甲醇燃料作為一種高效清潔的燃料，其應用對內燃機的未來發展有著重要的影響。為了滿足內燃機的發展要求，在現有技術的基礎上，推動余熱氣化甲醇燃料在內燃機中的應用越來越受到人們的關注。研究余熱氣化甲醇燃料對內燃機性能的影響也成為了人們關注的重點之一。

本文擬通過分析余熱氣化甲醇燃料的發展應用現狀，研究探討其對內燃機性能的影響。

1? 甲醇燃料的應用與余熱氣化

內燃機的應用一直是人們關注的重點之一。由于傳統燃料的限制，現有的內燃機會造成一定的環境污染問題。甲醇燃料作為一種清潔的燃料，其應用發展也受到了人們的重點關注。

1.1 甲醇燃料的應用現狀分析

甲醇燃料是近年來發展起來的一種新型能源，是用于替代傳統燃料的能源之一。傳統的燃料例如汽油、柴油等，在燃燒的過程中會排放大量的污染物。這些污染物會對環境等造成嚴重的破壞。因此，長期以來人們都在積極尋找可用于替代這些燃料的新型清潔燃料。

甲醇燃料是國際上公認的清潔燃料，甲醇為含氧化合物，其燃燒排放比石油燃燒所生成的有害物質明顯降低。目前比較成熟的甲醇燃料是利用工業甲醇或燃料甲醇，加變性醇添加劑，與現有國標汽柴油（或組分油），按一定體積（或重量比）經嚴格科學工藝調配制成的一種新型清潔燃料。這種新型燃料基本可以在石油燃料系統中使用。而相比傳統的燃料，則在污染物排放量等方面有更好的表現。

目前，甲醇燃料的發展已經比較成熟。例如現有的甲醇柴油，在粘度、熱值等方面已經很接近柴油，可替代柴油使用于內燃機柴油機車、工業鍋爐、灶爐等領域。但在應用的過程中，甲醇燃料也暴露出了自身的一些問題。為了推動其未來發展，需要推動余熱氣化甲醇燃料的發展和應用。

1.2 甲醇燃料的余熱氣化發展現狀分析

近年來，甲醇燃料的余熱氣化發展受到了人們的重點關注。甲醇燃料雖然相比傳統燃料有諸多優點，但也存在著許多缺點，主要包括：

①甲醇本身有比較高的汽化潛熱。這種特性會導致甲醇燃料在低溫情況下的起動性能比較差。

②當甲醇與汽油混合后，會顯著提高其蒸氣壓。在這種情況下，如果燃料處于高溫狀態中，很容易造成氣阻現象。

③甲醇如果發生不完全燃燒現象，很容易造成非常規污染物的排放。包括容易對人體造成危害的甲醛等。

為了克服甲醇燃料存在的上述問題，人們提出了甲醇燃料余熱氣化的發展方向。這種處理方法是在現有內燃機的基礎上，利用內燃機工作過程中產生的熱量，預先對甲醇燃料進行加熱處理，促進甲醇的氣化。這種處理方法不僅可以有效提高甲醇燃料的燃燒效率，對于內燃機的性能提高等也有一定的幫助。

2? 余熱氣化甲醇燃料與內燃機的應用

為了推動甲醇燃料余熱氣化的發展，需要對現有的內燃機進行一定程度的改造。本文通過分析內燃機的發展現狀，對基于余熱氣化甲醇燃料的內燃機設計方法進行了研究。

2.1 內燃機的發展應用現狀

內燃機是目前廣泛應用的一種動力機械，對人們日常生活的進行有著重要的影響。內燃機通過使燃料在機器內部燃燒，并將其放出的熱能直接轉換為動力的熱力發動機。廣義上的內燃機不僅包括往復活塞式內燃機、旋轉活塞式發動機和自由活塞式發動機，也包括旋轉葉輪式的噴氣式發動機。但在一般情況下，人們所說的內燃機更多地是指活塞式內燃機，其中以往復活塞式內燃機最為普遍。

活塞式內燃機通過混合燃料和空氣，促進其在氣缸內部燃燒，從而實現內能向機械能的轉換。目前常見的活塞式內燃機包括汽油機、柴油機等。不同活塞式內燃機的工作特點不同，也有著不同的應用面。

經過多年發展，內燃機的設計制造體系等都已經比較成熟。為了滿足新型燃料的應用需求，需要在現有內燃機的設計基礎上，進行一定的改動。

2.2 基于余熱氣化甲醇燃料的內燃機設計

為了使內燃機能夠更好地滿足甲醇燃料的使用需求，本文通過分析甲醇燃料和現有內燃機的特點，對基于余熱氣化甲醇燃料的內燃機設計要點進行了分析。

甲醇燃料與汽油相比，兩者的密度等都比較相近。由于甲醇自身的特點，其相比汽油更加容易存儲和運輸。同時，由于甲醇燃料屬于混合型燃料，其具有比較高的辛烷值，同時也具有比較寬泛的稀燃范圍。

根據甲醇燃料的特點，本文認為在現有內燃機的基礎上，可以添加甲醇蒸汽發生器。這種發生器的主要構件包括甲醇箱、蒸發器、噴射器等等。其具體功能主要是蒸發器利用內燃機的余熱等，實現對甲醇的蒸發氣化。在完成上述工作后，由噴射器進行甲醇蒸汽的精準噴射控制。同時，考慮到內燃機在啟動初期溫度比較低，無法滿足甲醇氣化的需求。因此，該系統還需要設計輔助加熱系統。主要是利用電熱絲等外部加熱方式促進甲醇蒸汽的產生。

3? 余熱氣化甲醇燃料對內燃機性能的影響

為了研究余熱氣化甲醇燃料對內燃機性能的影響，本文通過分析其熱力過程，建立了相應的分析模型，并進行了結果計算。并在此基礎上，結合多方資料，對具體的影響結果進行了研究。

3.1 余熱氣化甲醇燃料的熱力過程分析

本文通過分析多方資料，結合甲醇燃料的燃燒特點，對其余熱氣化的熱力過程進行了研究：

在甲醇的初始狀態中，壓力比較低，例如初始壓力為0.1MPa。為了促使甲醇燃料從甲醇箱進入蒸發器，需要對其施加一定的壓力，則其壓力會上升至0.5MPa。在利用內燃機的余熱加熱的過程中，甲醇燃料的壓力會不斷升高，最終表現為蒸汽狀態。在此狀態下，甲醇燃料即可由噴射器進行噴射，進行后續的燃燒活動等。

甲醇燃料的整體變化曲線類似于單個周期的正弦波，壓力的基本變化趨勢為低-高-低，分別表示甲醇燃料的初始狀態、加熱狀態和燃燒狀態。而最終的燃燒狀態壓力也要高于甲醇燃料的初始狀態。

3.2 余熱氣化甲醇燃料燃燒的模型建立與計算

通過分析余熱氣化甲醇燃料的熱力過程中，本文在此基礎上建立了相應的燃燒分析模型，并對其結果進行了計算。目前，已經有部分軟件可以專門應用于內燃機的燃燒過程模擬。本文通過分析資料，選擇了GT-power軟件。該軟件被廣泛應用內燃機的分析，有精確模擬等多種功能。本文利用GT-power軟件建立了相應的仿真模型，模型結構主要包括進氣系統、工作系統和排氣系統，用于實現對內燃機整個工作過程的仿真。

在完成模型建立工作后，本文根據甲醇燃料的特點和性能參數，進行了模型標定和仿真，并對仿真結果進行了記錄。為了提高仿真結果的可信度，本文利用實驗分析結果與理論結果進行了對比。研究發現兩者的計算值基本一致。因此，本文認為該模型的仿真測試是有效的。

3.3 余熱氣化甲醇燃料對內燃機性能的影響結果分析

通過分析甲醇燃料的燃燒結果，本文研究了其對內燃機性能的影響：

首先，在常規內燃機的應用過程中，甲醇燃料會導致一定的輸出功率下降，下降范圍基本保持在5%～7.1%之間。這是由于傳統內燃機很難滿足甲醇燃料的增壓需求。

在經過創新設計的增壓內燃機應用甲醇燃料的過程中，則可以發現其輸出功率有了明顯的提高。特別是在內燃機的高轉速階段，輸出功率的增加更為明顯。

上述結果證明了，如果內燃機能夠保證甲醇燃料余熱氣化過程中的壓力足夠，其能夠有效利用甲醇燃料，并提升自身的工作性能。因此，再利用甲醇燃料的過程中，需要為內燃機加設一定的增壓裝置。

4? 結束語

甲醇燃料的余熱氣化對內燃機的未來應用發展有著重要的意義。本文通過分析甲醇燃料的應用現狀及特點，結合內燃機的發展特點，對甲醇燃料的余熱氣化熱力過程進行了研究，并建立了相應的模型進行了仿真。在此基礎上，本文對余熱氣化甲醇燃料對內燃機性能的影響進行了分析。這些研究對甲醇燃料的應用和內燃機的發展有很好的幫助。

參考文獻：

[1]姚春德，段峰，李云強，等.柴油/甲醇組合燃燒發動機的燃燒特性與排放[J].燃燒科學與技術，2005.

[2]李本正，宮艷峰，劉圣華，等.甲醇缸內直噴發動機的燃燒特性[J].西安交通大學學報，2008.

[3]李瓊玖，申同賀，孟仲林，等.中國發展煤炭清潔轉化制甲醇是替代石油能源的最佳選擇[J].中外能源，2006.