启飞汽车

原作者：张译芳  来源：大众汽车.学术版

摘要
 
    二甲醚燃料的基本性质；对二甲醚的理论空气量、低热值、混合气热值等重要参数进行计算或估算，并与柴油的相应参数进行了对比。结果表明，二甲醚的低热值比柴油低，两则的混合气热值相当，二甲醚的污染物排放量比柴油低 。
 
二、二甲醚的基本物理化学性质 

　　二甲醚（DME）又称为甲醚、氧化甲等，其物理性质和液化石油气（LPG）很相似。常温常压下，二甲醚是一种无色、有轻微醚香味的气体，在-25℃或0.5-0.6MPa的条件下可被液化。二甲醚作为燃料时，燃烧性能好，热效率高，污染物排放低。二甲醚的诸多优点，为其作为汽车代用燃料气奠定了基础。 

三、二甲醚和柴油的基本参数计算比较
 
　　汽车发动机各个系统的设计都与燃料的基础性能参数密切相关，所以，计算二甲醚的特性参数具有重要的理论意义和现实意义。
 
　　（一）理论空气量的计算
 
　　理论空气量是指1kg燃料完全燃烧所需要的空气量，理论空气量是发动机进气系统设计的基础，也是燃料计算以及燃气系统设计的基础。燃料的主要成分是碳（C）、氢（H）、氧（O），其他成分数量很少，计算时可略去不计，若以质量分数表示1kg燃料中各元素的含量，则： 
　　gC+gH+gO=100% （1） 
　　式中：gC、gH、gO分别为1kg燃料中碳、氢、氧的质量分数； 
　　空气中的主要元素是氧（O2）和氮（N2）。按质量计算，O2约占23%，N2约占77%。按照化学反应当量关系，可求出1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量。  
　　二甲醚的分子式为CH3OCH3 （2）
则：gC=52.2%、gH=13.0%、gO=34.8% 。将其带入（2）式中可得：L0=9.06（kg/kg 燃料）。柴油是多种烃类的混合物，查阅参考文献可得：gC=87%、gH=12.6%、gO=0.4%。将其带入（2）式中可得：L0=14.45（kg/kg 燃料）。二甲醚的理论空气量比柴油少37.3%。
 
　　（二）低热值的计算
 
　　燃料的低热值是指一定质量的燃料完全燃烧，其燃烧产物中的水蒸气以气态存在时的发热量。燃料的低热值可以通过热值仪测定，在不具备测定条件下可由（3）式进行估算。 
　　hμ=4.1868×（8100×gC+24600×gH） （kJ/kg）（3） 
　　将二甲醚的gC=52.2%、gH=13.0% 带入式（3）中可得：hμ=31092.0 （kJ/kg）。考虑到估算误差并扣除二甲醚的汽化潜热，二甲醚的实际测试低热值大约为28.43 MJ/kg。将柴油的gC=87%、gH=12.6%带入（3）式中可得：hμ=42481.78 （kJ/kg）。燃料的低热值直接影响汽车运行中的燃料消耗量。燃料的低热值越大，则汽车的百公里燃料消耗量越小，经济性也就越好。所以二甲醚的经济性低于柴油。
 
　　（三）混合气热值
 
　　混合气热值是指1kmol可燃混合气完全燃烧所放出的热量。当发动机排量和进气条件一定时，每循环加给工质的热量取决于单位体积可燃混合气的热值，而不是决定于燃料的热值[5]。所以混合气热值是衡量汽车动力性的重要指标，理论混合气热值（过量空气系数为1）可按式（4）进行计算。 
　　Hm=hμαL0+1mT（kJ/kmol）（4） 
　　式中：α：过量空气系数，理论混合气的α=1； 
　　mT：燃料分子量； 
　　对于二甲醚：将L0=0.312（kmol/kg 燃料）、hμ=28430.0（kJ/kg）、mT=46带入（4）式中可得：Hm=85186.29（kJ/kmol）。柴油机是在压缩终点向气缸内喷入液体状态的燃料，体积不及空气体积的1/10000，在计算时可忽略不计，认为燃烧前的工质是纯空气。将L0=0.498 （kmol/kg 燃料）带入（4）式中，可得Hm=85304.78 （kJ/kmol）。 
　　二甲醚的理论混合气热值和柴油的混合气热值相当。所以，用二甲醚替代车用柴油，不会使汽车的动力性能下降。 

四、二甲醚可作为柴油的替代品的优势
 
　　通过计算二甲醚和柴油的特性参数，进行比较，可以得出二甲醚作柴油发动机代用燃料的优势。 
　　（一）二甲醚的十六烷值高于柴油，而自燃温度比柴油低。这使得二甲醚适用于压燃式发动机，且其自燃性较好，可以缩短着火延迟期，从而降低NOx的排放和燃烧噪声及振动。 
　　（二）柴油的分子结构含有C=C，燃烧过程中，容易产生含有C≡C键的乙炔，乙炔是柴油机碳烟生成的重要中间物。二甲醚是最简单的一种醚结构，其分子结构含有C-H键和C-O键，这就使得二甲醚可以充分燃烧，减少污染物的生成和排放。 
　　（三）二甲醚的沸点很低，被喷入气缸后就可以被汽化，其雾化特性明显优于柴油。 
　　（四）二甲醚和柴油的理论混合气热值相当，用二甲醚代替柴油，不会使汽车的动力性下降。 

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