γ-Al2O3纳米颗粒增强型E10生物乙醇-汽油在火花点火发动机中的燃烧性能与排放多目标优化

《Scientific Reports》：Performance and emission multi-objective optimization of γ-Al2O3 nanoparticle-enhanced E10 bioethanol–gasoline combustion in spark-ignition engines

　　

摘要

随着向绿色能源的转型，生物乙醇已成为火花点火发动机中化石燃料的主要替代品；然而，其较高的蒸发潜热限制了热效率。本研究采用响应面法（RSM）初步探讨了超低浓度（10–30 ppm）γ-Al₂O₃纳米颗粒对含10%乙醇和90%汽油（E10）的混合燃料燃烧的催化和热物理影响。选择这些特定剂量是为了利用纳米颗粒的热桥效应和高表面酸性，同时将爆震和团聚风险降至最低。分散的纳米颗粒通过微爆炸和碳氢化合物氧化作用增强了燃料雾化，并减轻了乙醇的冷却效应。发动机测试表明，与E10基线相比，20 ppm的γ-Al₂O₃使制动扭矩（BT）提高了7.67%，制动热效率（BTE）提高了3.02%；在3000 rpm时，制动比燃油消耗（BSFC）降低了5.95%。10 ppm的浓度在3000 rpm时实现了最大的排放减少，CO和HC分别降低了14.88%和6.57%。相反，20 ppm时升高的气缸温度通过Zeldovich机制使NO_x排放增加了17.08%。多目标优化确定了最佳运行点为2471.87 rpm和5.88 ppm。在高发动机转速下，纳米颗粒通过改变热量释放动态稳定了发动机运行。这些发现为开发优化后的环保燃料混合物提供了实用方法。