本项目通过设计并搭建一套生物质液体燃料雾化蒸发燃烧系统来产生生物柴油层流预混火焰，并应用OH-PLIF技术研究了生物柴油及其调和燃料层流预混火焰燃烧特性，以及OH基分布与CO/CO₂生成关系、生物柴油燃烧NO排放等。目前我国关于通过PLIF技术诊断生物柴油层流预混火焰特性的相关研究较少，但是从火焰OH基的分布来研究生物柴油燃烧特性及燃烧产物的重要性不言而喻。

  从事生物能源等方面课题的研究，主要主持国家自然科学基金项目1项，省自然科学基金面上项目2项，教育部博士点基金项目1项，校级教改项目1项和参与国家支撑计划项目1项，国家基金项目2项，省基金项目4项，企业项目2项，国家级新工科教改项目2项等。

  该项目结合专业特点，创新性强，且有一定的研究基础，从前期研究基础、团队研究人员素质、研究方案及研究条件等方面都有相当的优势，完全能够执行项目所提出的研究思路，完成相关研究内容，获得预期研究成果。

研究目标：

设计并搭建一种基于实验室使用的生物质液体燃料雾化蒸发燃烧系统，然后进行地沟油生物柴油层流预混火焰的燃烧特性分析以及地沟油生物柴油调和燃料层流预混火焰燃烧特性。

通过PLIF技术，可以获得燃烧过程中产生的自由基含量及浓度分布，可以反映火焰的结构、燃烧反应机理等重要信息。研究生物柴油燃烧火焰特性以及燃烧机理，了解生物柴油燃烧火焰官能团能量分布以及火焰结构等特性，对生物柴油应用于工业之中具有重要意义。

研究过程：

2018年6月：PLIF实验台的操作的掌握；仪器的购买以及生物柴油雾化蒸发燃烧系统实验台的搭建；

2018年11月：利用OH-PLIF系统测试生物柴油层流预混火焰；

2019年3月：对层流火焰传播速度计算方法的可行性进行验证；生物柴油层流预混火焰分析研究；

2019年9月：正丁醇/地沟油生物柴油调和燃料燃烧试验；地沟油生物柴油/正丁醇调和燃料燃烧分析研究；

2019年11月：对课题进行总结、完成研究报告的撰写；

2020年2月：相关研究论文的撰写。

项目成果：

1、设计并搭建基于实验室使用的生物质液体燃料雾化蒸发燃烧系统，并调试成功；

2、研究生物柴油层流预混火焰燃烧特性

测出不同当量比下的燃烧火焰以及OH-PLIF图像。

对小桐子生物柴油燃烧火焰特性进行分析，主要研究了不同当量比下火焰高度、火焰锋面面积、火焰传播速度变化情况：

随着当量比的增大，火焰高度呈逐渐增大趋势。在当量比为0.9时，小桐子生物柴油层流预混火焰高度达到最小为31.346 mm；而在当量比为2.0时，小桐子生物柴油层流预混火焰高度达到了44.874 mm，增幅达到了43.2%。由于燃油流量为定值，当量比增大时，空气量减少，燃烧方式由预混燃烧变为半预混燃烧，部分燃油需外界空气助燃进行扩散燃烧，导致火焰锋面的后移，从而火焰高度增大。

火焰锋面面积随当量比增大呈现先减小后增大的趋势。火焰锋面面积在当量比为1.1附近时达到最小，约为0.62 cm²；当量比为2.0时，火焰锋面面积可达5.38 cm²。这是由于在富油燃烧阶段，随着当量比的增加，空气量减少，燃油流量为定值，燃烧方式由预混燃烧变为半预混燃烧，部分燃油需外界空气助燃，导致火焰锋面的后移，从而火焰锋面面积增加；而在贫油燃烧阶段，随着当量比的减小，空气量增加，燃油流量为定值，预混气的流速的增大导致火焰锋面后移，从而火焰锋面面积增加。

地沟油生物柴油燃烧火焰随着当量比的增大，火焰高度呈逐渐增大趋势。在当量比为1.0时，地沟油生物柴油层流预混火焰高度达到最小，为25.714 mm；而在当量比为2.0时，地沟油生物柴油层流预混火焰高度达到了36.893 mm，增幅达到了43.47%。在贫油燃烧阶段，燃烧过程中预混气平均化学反应速度主要由燃油蒸汽浓度控制。燃油流量一定，空气流量随当量比增加而减小，预混气中燃油蒸汽浓度增加，平均化学反应速度  随之增大，因此层流火焰传播速度增大。在富油燃烧阶段，燃烧过程中预混气平均化学反应速度主要由空气浓度控制。燃油流量一定时，空气流量随当量比增大而减小，预混气中空气浓度减小，平均化学反应速度随之减小。

3.研究生物柴油调和燃料燃烧特性

随着调和燃料中正丁醇体积分数的增大，火焰高度呈下降趋势。这是由于随着正丁醇掺混比例的增加，生物柴油/正丁醇调和燃料的密度、运动粘度、表面张力、十六烷值和热值等都将逐渐减小，从而改善燃油的雾化、并且加快了混合气形成，使滞燃期内形成的预混合气量增加，从而导致燃烧加剧，火焰变短。

地沟油生物柴油/正丁醇调和燃料中随着正丁醇添加比例的增大，火焰锋面面积将逐步减小，而火焰传播速度会逐步增大。 并且，火焰传播速度最大值会逐渐向当量比较大的方向偏移。

由于正丁醇是含氧燃料，随着正丁醇掺混比例增大，混合气中氧含量增大，有利于燃烧反应分子间的有效碰撞，燃烧速度加快。并且，由于正丁醇的粘度小、沸点低，随着正丁醇掺入量的增大，加快了混合气的形成，有利于提高调和燃料的雾化和蒸发质量，从而加快燃烧。因此，火焰传播速度会随着调和燃料中随着正丁醇添加比例的增大而增大。

研究心得：

在本次研究中，我们通过设计并搭建一套生物质液体燃料雾化蒸发燃烧系统来产生生物柴油层流预混火焰，并应用OH-PLIF技术研究了生物柴油及其调和燃料层流预混火焰燃烧特性，以及OH基分布与CO/CO₂生成关系、生物柴油燃烧NO排放等。此次大创项目让我意识到团队合作的重要性，我们分工明确，遇到问题一起解决。查找各种资料，分析出现问题的原因，不断调试实验方案。在解决问题的同时也是我们学习、收获最多的时候，在解决问题中不断成长，不断制定更好的方案。项目的成功完成离不开每位成员的努力，我们每个人都发挥自己的长处，才使得项目顺利圆满的完成。

本项目通过设计并搭建一套生物质液体燃料雾化蒸发燃烧系统来产生生物柴油层流预混火焰，并应用OH-PLIF技术研究了生物柴油及其调和燃料层流预混火焰燃烧特性。目前我国关于通过PLIF技术诊断生物柴油层流预混火焰特性的相关研究较少，但是从火焰OH基的分布来研究生物柴油燃烧特性及燃烧产物的重要性不言而喻。

首先，通过两年的实验，我学到了更多专业课上不能学到的知识及技能，同时，我的实验动手能力也得到了进一步地提高。通过阅读了大量的文献，特别是部分英文文献的学习，大大开拓了我的视野、拓宽了我的知识面。在大量文献和实际操作的基础之上，认真思考，进行实验的设计和规划、策划，这锻炼了我的独立思考能力。平时，我还不断的向老师、学长请教，与同学、朋友交流，无形中增强了我的学习能力和交流能力。它不仅是课堂教学的延伸和补充，而且对于激发我的学习兴趣，开阔我的视野，培养我的探究精神，提高我的动手能力和分析、解决问题的能力，都是十分有意义的。

其次，在这次大创实验中，这次让我深刻明白了许多做人道理，向他人虚心求教，与人文明友好交往等一些做人处世的基本原则都要在实际生活中认真的贯彻，好的习惯也要在实际生活中不断培养。在工作中和其他成员保持良好的关系是很重要的，正所谓“三人行，必有我师”。这次所学到的经验和知识大多来自老师和小组成员的教导。我们每完成一项工作都会向老师征询意见，总结工作并且计划接下来的工作，所以与老师的有效配合也是我们结题的重要的一个方面。

该研究项目设计并搭建一套生物质液体燃料雾化蒸发燃烧系统，以产生生物柴油层流预混燃烧火焰，通过OH-PLIF技术对生物柴油燃烧特性进行研究分析。较具有创新性。研究方案是根据大量的前期研究和文献调研而提出的，研究目的非常明确，对要解决的科学关键问题把握也较清楚，因此该项目的研究方案是科学合理、切实可行的，具有较强的操作性。该小组成员具备申请项目所需专业背景，学习成绩优秀、基础知识扎实、有良好的学风、学习及工作态度积极、踏实肯干、长期跟随老师进行科研实验、具有较强的科研能力、能吃苦耐劳、动手能力较强、心理素质较好，圆满完成此次项目。研究成果较多。实验台搭建、试剂及材料费用使用合理。