富氧燃烧技术在内燃机中的应用

能源研究与信息

第16卷第2期 Energy Research and Information Vol. 16 No. 2 2000 收稿日期

能源研究与信息 2000年 第16卷 ５４ 了以聚丙烯腈膜氦的专利申请

膜法分离气体的基本原理

通过半透膜的相对传递速率不同而得以分离的气体分离膜一般分为多孔膜

下面就这三种膜的典型分离机制做一简单介绍同时其空隙率要大多孔膜分离气体的原理主要以Knudsen 理论为基础

其动能为

2222112

121v m v m = 式中m 2为分子的质量v 2为分子的平均速度

其平均速度也不同

1.2 均质膜（非多孔膜） 与多孔膜相比均质膜不论是无机材料还是高分子材料都具有渗透性

耐压及抗化学侵蚀的扩散机理进行的

气体向膜的表面溶解（溶解过程）

因气体溶解产生的浓度梯度使气体在膜中向前扩散（扩散过程

气体由膜另一面脱附出去分压不同

从而达到分离气体的目的均质膜的高分离系数可以制备较高浓度的所需气体

多孔膜虽然具

有很高的渗透能力如果需要较高浓度的气体非对称膜是一种性能介于上述两种膜之间的气体分离膜气体分离过程就是在这一致密膜层中发生的即　溶解的气体通过聚合物表层的扩散

　通过表层下部微孔过渡区的Knudsen 流动　通过多孔底层的Poisenille 流动从中可以看出而且非对称膜中均质层的厚度越薄

第2期 朱序和

气体系统的特性常数

压力

由以上

可见就必须减小

膜的厚度分离系数λ是表示气体分离膜分离混合气中各组分能力的重要指标假设膜供给侧混合气的组分

A

W B B 的摩尔浓度分别为Y A 则该膜的分离系数定义为

B

B

A A

B A B A Y W W Y W W Y

Y A B ⋅⋅==λ

表1 醋酸纤维非对称膜与均质膜渗透系数的比较（22

）

均质醋酸纤维膜的渗透系数 910−×P

非对称醋酸纤维膜的渗透速率

J

0.19 0.71

Ar 0.032 0.11 0.37

CH 4 0.014 0.07 0.34

N 2 0.014 0.06 0.31 C 3H 8 <0.0001 0.03

0.19 *均质层0.5 µm; **均质层0.13 µm

¶à²ÉÓÃ

¾ÛÓлú¹èÑõÍé±í2

A

能源研究与信息2000年第16卷５６

表2 某些气体对几种膜的渗透系数（cm3(STP)⋅cm/cm2⋅s⋅cmHg）

Table 2 Permeability coefficients of different membranes for some gases 膜材质温度(

10－10（10010－９8.010－１０ 3.0

1.510－１１

2.010－１３

聚乙烯（低密度）25 10－１０ 1.2610－１０9.7

10－８ 2.1610－７ 3.5210－８

天然橡胶25 1.5410－９9.5

10－１０

表3 某些高分子膜的气体渗透分离性能

Table 3 Gas permeability separation performance of some macromolecular membranes

渗透系数P

s

聚二甲基硅氧烷20 216 1120 352 181 1.94 6.19 1.19

天然橡胶25

聚丁二烯25

乙基纤维素25 53.4 113 14.7 4.43 3.41 25.6 12.0

乙烯

压缩排气等几个过程组成的

其他过程都是为做功过程进行准备的过程

内燃机因其所用的燃料不同分为汽油机和柴油机

压缩比但它们的燃烧过程是基本相同的一般将内燃机的燃烧过程分为滞燃下面对燃烧过程三个阶段的特点作

一简单描述和分析

第2期 朱序和

在这一阶段中

提高温度然后还要进行着火前

的一系列化学准备过程一

般来说减轻内燃机的机械负荷

这就要求在气缸中的氧气量充足尽快完成

化学准备过程

在这一阶段燃料的燃烧速度迅速加快温度都急剧上升

2.3 缓燃阶段

从气缸内出现最高压力到工质出现最高温度的阶段称为缓烧阶段燃烧仍以很快的速度进行由于活塞已离开上止点继续下降

故在此阶段工质压力开始下降

使工质对活塞的推动力不变但是

燃料分子与氧分子进行反应的机会减少燃料可能在氧分子不足的情况下进行燃烧产

生黑烟影响燃烧的经济性和排气的净化

急燃和缓燃阶段燃烧的燃料共占循环总供油量的80%以上

所以也有人将这两个阶段合并成为主燃阶段

就能对燃烧过程产生巨大影响

通过对内燃机燃烧诸阶段特点的分析增加内燃机进气中的氧气浓度提高燃料混合气形成的质量

缩短缓燃阶段进而提高内燃机的动力性能和经济性的关键

燃料只有完全氧化才能放出全部热量

而向气缸中供给充分的氧气供燃烧用则比较困难

目前提高动力性能

增压的优点是基本保证了燃烧完全同时由于空气量的增加动力性能也有较大的提高

内燃机的排气量也相应增加故经济性

的提高程度受到限制对环境也有一定影响

能源研究与信息2000年第16卷５８

3 富氧燃烧技术在内燃机燃烧中的应用可行性分析

根据上述分析笔者认为将利用气体分离

膜制备富氧空气的技术用于内燃机燃烧过程是完全可能的

(1) 利用膜分离技术可产生含氧量为28%~40%的富氧空气以供内燃机燃烧

进气中氧气含量的提高对改善内燃机的燃烧过程是十分有利的

为了通过分离膜得到更多的

）

由图2可见含氧量越高

因而抽风机系统所消耗的能源也越多

故在其制备富氧空气时不需消耗其它任何能源从而可以大大简化富氧空气的生产过程

对于内燃机节约能源减少对环境的污染均能产生十分有利的影响

由于供气中氧气含量的增加

燃烧温度增高动力性能提

高同时由于燃料分子与氧气分子接触的机会增加

从而燃料利用率大大提高内燃机排气总量减少

上述原因可使内燃机燃料消耗量大大下降其次目前在内燃机特别是柴油机上所采

用的废气涡轮增压技术虽然能够提高内燃机的动力性能第一

如此高转速的设备十分容易产生故障由于进气压力的增高和废气涡轮增压机及排气管道阻力（即排气背压）的压缩功和活塞排出废气所消耗的推出功均有所增加而采用富氧