文 献 综 述
1.引言
由于柴油机相较于汽油机而言，转速较低，扭矩较大，其可靠性、耐久性和动力性更强。因此在交通、农业和工业等多个领域中，柴油机更受青睐，具有更加广泛的应用。然而，众所周知，由于混合空气/燃料比(AFR)和温度分布的不均匀性，柴油机在燃烧过程中很难同时减少 NOx 和烟尘的产生[1]。因此，对于柴油发动机来说，NOx 和烟尘排放之间存在权衡关系[2]。为了更好的处理这种关系，科学必须随之进步，相应的研究也应随之展开。过去几十年来，通过采用各种与发动机有关的技术，在开发清洁柴油发动机方面取得了重大成就[3,4]。 此外，特别是在减少污染物排放方面，研究人员将目光聚焦在与清洁可再生燃料有关的技术领域，尽可能地使用可再生性质环境友好型的燃料或含氧燃料，从而尽可能地减少亚微米颗粒排放[5–8]。
近来，生物燃料由于其可再生性且燃烧清洁受到了国内外学者的广泛关注。生物燃料是清洁的可再生能源，其中包含生物醇类、植物油类、生物柴油等。丁醇来自生物质，通常是 1-丁醇，可以作为生物柴油混合的候选物[9]，是生物燃料这种可再生能源的代表。
丁醇最早被人们在制取酒精的发酵过程中所得到的杂醇油中发现。而后正丁醇则主要是为人们对玉米进行发酵生产丙酮这个过程的副产物。随着科学发展，丁醇的需求量大幅度增加，更多的工厂开始以生产丁醇为主，其主要的副产物则为丙酮和乙醇。直到现在，正丁醇的主要工业制法有发酵法、丙烯羰基合成法和乙醛醇醛缩合法等。并且由于丁醇作为一种替代运输燃料的可能性，最近工业公司和初创公司开发了丁醇生产工艺并将其商业化。作为合作伙伴，杜邦公司和英国石油公司(BP)正在将位于英国威辛顿的英国糖乙醇工厂转化为 1-丁醇中试工厂，每年生产900万加仑[10]。现在 1-丁醇作为了工业合成研究和商业开发的主要重点，我们通常也称其为生物丁醇。但乙烯、2-丁醇和异丁醇（2-甲基-1-丙醇)等正丁醇的同分异构体，在作为纯燃料、混合燃料或添加剂上也有良好地表现。此外，其另一种同分异构体地叔丁醇目前在汽油中作为含氧添加剂的技术也相对成熟。虽然国际的多种研究已经明确丁醇相较于传统的乙醇或者其他可再生清洁能源是更加优秀的燃料，其具有更高的体积能量密度，更低的水溶性，更好的与现有燃料的混溶性等。但是丁醇的同分异构体之间的燃烧特性的比较还相对空白。因此，研究开展 O2/CO2 气氛丁醇同分异构燃料/乙烯燃烧特性，对生物替代燃料和废气再循环技术的应用以及对碳烟颗粒的生成与控制具有重要的现实意义。综上，本文将系统梳理关于丁醇同分异构体燃烧特性及 O2/CO2 对燃料燃烧过程影响的研究，分析可深入发展之处。
- 丁醇及其同分异构体燃烧特性的相关研究
2.1 丁醇/柴油混合燃料的性能排放研究
2010年，雅典国立技术大学机械工程学院热能工程系内燃机实验 D.C.Rakopoulosa[11]带领团队对正丁醇与常规柴油(8%和16%)混合使用的效果进行了实验研究。对燃料消耗，排气烟雾和废气调节气体排放，如氮氧化物，一氧化碳和总未燃烧碳氢化合物进行了测量。研究表明，这种可以由生物质（生物丁醇）生产的燃料，是一种非常有前途的柴油发动机生物燃料；
2013年，湖南大学能源与动力工程系先进动力系统技术研究中心郑晨[12]等人以直喷式柴油机为研究对象，对直喷式柴油机进行了废气再循环(EGR)和正丁醇港口燃油喷射(PFI)的实验研究。评价了丁醇浓度和 EGR 率对发动机燃烧、效率和排放的影响，结果表明，丁醇浓度和 EGR 率对燃烧过程有耦合影响。关于受管制的排放，HC 和 CO 的排放随着丁醇浓度的增加而增加，导致较高的指示特定燃料消耗(ISFC)和较低的指示热效率(ITE)。还指出，丁醇 PFI 与 EGR 结合可以改变 NOx 与烟尘之间的权衡关系，同时将两者降低到很低的水平；
2.2 丁醇的多种同分异构体与其他燃料对柴油燃烧和排放影响的对比
2013年，天津大学发动机国家重点实验室的刘海峰[13]等人研究了柴油机燃料特性和含氧结构对燃烧和排放的影响。将正庚烷、异辛烷、正丁醇、2-丁醇和辛炔酸甲酯五种不同的燃料加入相同的混合比柴油中，发现两种丁醇所得数据差异不大，正丁醇和 2-丁醇在 OH 自由基位置上的差异对烟尘排放的影响很小，相较于其他燃料却有更好的表现；
