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主题：【原创】油品与节能：《液体燃料的性质及应用》读书心得 -- autoeagle
家园 实际内燃机过程的能量流很难精细的定量解释 除了前面说的内燃机燃烧4过程导致的能量释放时间的非理想性外，（这个和能否完全燃烧还不一样，同样的燃料，在上止点燃烧和排气点附近燃烧，即使产生的热量相同，做功能力截然不同，在上止点燃烧，其产生的压力分量，在整个膨胀过程中都在做工，而排气点附近燃烧，除了增加废气温度外，毫无有效功）至少还有以下问题：
1.工质气体与理想气体的区别
实际气体并不满足PT/V=const这一公式，气体的比热容随着温度升高逐渐增大，即同样热量导致的温度提升变小，这个问题wiki里的公式内有体现。
2.非平衡过程与非绝热过程
空气是热的不良导体，燃烧过程又是一个快速和空间不均匀过程，燃烧室内的温度分布也非常复杂，火焰内部为1600K，火焰壳层2700K，火焰外又有从600K到2700K的不同分布。在总内能一定条件下，由于工质气体与理想气体的区别，整个燃烧室的温度分布情况对活塞压力有明显影响。
同样，气体又是可压缩介质，在非平衡条件下，气缸内各处压力分布不同，又影响了活塞压力。
发动机的散热和摩擦生热耗费的能量占总能量流的25-35%，发动机的压缩和膨胀循环远不能用绝热过程来描述。
因此，要用宏观平衡过程观点、绝热膨胀模型对内燃机循环的一些工程问题进行深入讨论，是过于粗糙的。也正因为有这些非理性因素，使新型节能低排放发动机的设计成为了一个重要的领域，也使燃料性质的优化成为一个有意义的领域。
家园 部分的定量应该还是可以做到的 只要输入的能量是守恒的（喷入的燃油数量是一定的，），那么输出的能量也是一定的。
无非就是有效的功和无效的热（摩擦最终也会转化成热）。这两部分的度量还是相对简单的。前者不用说。后者就是废气所包含的热，未充分燃烧的部分，壳体的发热。
燃油添加剂（如果不能提供额外的能量）要有效，必然会在上面几点中有体现。
单纯的说燃油添加剂节油多少比例，是很没有说服力的，更像一种广告用语，而不是科学的结论。如果加上降低排气温度X，充分燃烧比例提高多少，那么说服力就大很多。
光跑台架实验，不检测和记录这些数据，实在是说不过去。
家园 给一个公开发表添加金属离子的乳化油放热曲线图 贴未公开发表的曲线图，似乎缺乏客观性，也有泄漏内部资料之嫌。我在这里不是想给某种产品打广告，只是想介绍节油的一种途径。
下面贴一个摘自（乳化柴油及其实验研究，刘蔚，硕士论文）的曲线图，他的乳化油添加了一定量的Mn和Sb，从而达到了高负载下10%以上的节油率，而根据清华大学的实验报道，高负载下纯乳化油节油不超过4%。
这是两张爆压曲线对比，乳化油十六烷值低，所以初始放热慢，这并不是好事。不过最高爆压低，这是非常有利的优势，直接表现是发动机噪声变小，工作不粗暴。但平均压力高（这个比较难直接看出，需处理成放热曲线才好比较），热效率高，
是通过爆压曲线计算得到的比较可靠的放热曲线，可以看出急燃期和缓燃期燃烧更迅速，平均压力更高.后燃期燃烧速度也明显提高，这是金属离子助燃的明显表现,也有一定的雾化效果提升的因素。
事实上，如果再添加一些提升十六烷值的添加剂，燃烧的效果会更好。
家园 关于内燃机循环的热力学和能量守恒，大学物理做过仔细的介绍 http://en.wikipedia.org/wiki/Diesel_cycle
理论柴油机循环
1-2，绝热压缩过程
2-3，燃烧和等压膨胀过程
3-4，绝热膨胀过程
4-1，排气过程
燃烧放出的能量一定，1-2，3-4两条弧线就确定了。
1-2-3-4围成的面积就是有效功，也就是PV的积分
不过原图画的不太正确，绝热压缩过程和绝热膨胀过程不应该是圆弧而是双曲线，即可无限接近P轴或V轴，代表无线压缩和无线膨胀两种情况。
如果P2的位置为无穷大，或者V1的位置为无穷大，则
1-2-3-4围成的面积与燃烧放热一致，效率达到100%。热力学上的理论损失，就是被2-3和4-1截去的部分。而实际损失，则表现在发动机散热，摩擦，废气热量等方面。
而增大P2，意味着增大压缩程度，增大V1，意味着增大活塞冲程，综合来说，就是提高压缩比。提高压缩比能够节能，从理论柴油机循环PV图就可以看出。也可以通过链接中的公式进行计算。目前压缩比下，理论效率可以到达60%
但实际的发动机循环，还有很多的非理想情况，内燃机的优化设计，燃料优化和节能添加剂调配都着眼于这些问题。
对于高速柴油机而言，其实际燃烧过程分成4段：
滞燃期：燃料喷出而未着火阶段。
速燃期：燃料着火，火焰扫过燃烧室，压力急剧上升阶段
缓燃期：高速燃烧，压力稳定阶段
缓燃期燃烧的燃油量约为40%～60%Δg.
速燃期+缓燃期=主燃期（80%燃油量）
后燃期：停止喷燃料，但燃烧仍未停止阶段，这个阶段的重点很难界定
再考虑到燃烧室的散热，燃料与空气比率，内摩擦，漏气等等问题，内燃机实际PV曲线和理论柴油机循环PV曲线差别很大。例如滞燃期导致燃烧不能精确的在压缩比最高条件下开始，速燃期导致最高压力远大于主工作压力，导致柴油机工作粗暴，材料上不得不更笨重以承受该压力。后燃期中，产生了约50%NOx，后燃期没烧完的碳粒构成了颗粒污染的主体。扣来扣去之后，柴油机的实际效率（传递到曲轴的），一般只有30-40%，如果能够从30%提高到33%，就是10%的节油率。
家园 美丽的谎言 节油产品走向消亡 = 搂主还在河里吗 很早的帖子，现在看到这个，给大家新的消息。
http://auto.sina.com.cn/z/jiuzai/index.shtml
搂主，祝愿你和你的北大清华兄弟生意兴隆，在高科技的领域做出新的贡献。
家园 半年之后，再看这个帖子，觉得当时自己确实有点无知者无畏的特性 在更深入的阅读相关领域的基础著作和当前的研究进展之后，现在我对内燃机节能领域有了不同的认识。
其实内燃机节能原理，特别是柴油机节能没有太多的花巧，就是一点：提高燃烧平均速度和温度。提高的途径可分为燃料和氧化剂两种。氧化剂方面，就是增加氧浓度和燃料与氧的混合程度，燃料方面，就是优化粘度，密度，馏成，成分，添加剂等等特性。
内燃机设计领域，一般着眼于氧化剂方面，如提高喷油压力同时缩小喷油孔直径，改变喷油孔性质等等，其目标都是在保证喷油穿透性下提高雾化效果，雾化效果好，就是燃料与氧的混合程度高。而燃烧室优化设计，涡轮增压，废气回流等技术，着眼点都是提高氧浓度，或者增强燃烧室内涡流，促进混合。
金属有机物添加剂和纳米金属氧化物添加剂，其实际原理都是催化燃烧。在纳米尺度金属或金属氧化物颗粒附着于碳粒之上时（对碳烟的精细分析结果），可以使碳氧反应速度大大提高，从而显著的提高燃烧平均速度和温度。催化燃烧型添加剂效果较好，一般可以到达10-15%的节油效果，其实这个研究方向才是目前国际燃烧学界的研究重点。
无灰型添加剂自然不可能利用催化燃烧原理，而且将重点放在提高雾化效果方面。提高雾化效果带来的收益可能有点超出大家的预计，据傅维标教授计算，将柴油机平均液滴尺寸从40微米降低到20微米，就能节油4%，而改善雾化的极限大约是10微米，这种情况下，液滴燃烧和气体燃烧效果近似，到达雾化效果的极致。这种情况下，节油率大约能达到6-8%。另一方面，改善雾化可以减少碳烟生产，打破积炭的产生和消化平衡，从而达到清净积炭的效果。再结合表面活性剂这一无灰型添加剂必不可少成分，对油路的清洗效果。综合的说，无灰性节油添加剂效果勉强可以超过10%。
其他安装型节油产品，如磁化，红外，脉冲等等，能做的其实也是略微提高雾化效果而已。另外强调一下，节能产品能够将柴油大卡车和重型柴油发动机的油耗降下来，才有直接的意义。
最后说一下乳化油和经济性的问题，乳化柴油的节油率基本上就是4%-5%，主要节油原理就是水雾化后，油滴破裂变小，粒径降低至20微米。不过有人配的乳化油能做到15%节油率，方法很简单，加了几种金属盐。乳化油纯成本每吨是100-150元，效益太差难以推广。
经济上，节油添加剂生产者的利润在2-3倍左右，经销商1-2倍。每吨油添加量的添加剂纯成本在15-30元左右，市场售价却达到200元以上。其实节油添加剂从经济上已经达到了可以推广程度，但目前没有找到合适的商业模式，绝大部分批发商都是每年100-200万的中小型规模，市场也非常混乱。
家园 现在号称能节油百分之五的都要好好惦量惦量。 家园 此类节能产品不太可信。 我所知道的改善燃烧的催化剂中，有效成分为金属或过氧化物。催化剂中有金属，必然会沉积在发动机缸壁和管道连接处，不可避免要损坏机械表面。过氧化物是很活泼的物质，腐蚀性很强。
而且车不冒黑烟，燃烧很充分，8%的提高，有些言过其实。
解放军后勤出版社，解放军的研究水平在油类和发动机方面，不可算强的。这方面国内最高水准的研究所还是中石化石油科学研究院。中石油没有很强的研究力量，中海油不用说了。
家园 破除一下对中石化的迷信 石科院以石油炼制技术的开发和应用为主，燃烧，油品检测，添加剂不是主要研究方向和强项。这个是石油化工科学研究院的博士硕士招生目录。
http://kaobo.kaoyantj.com/kaobo2006mulu/2006/05/17/9A59BEB616E6EB78.html
相关方向的博士好像一个都不招。
http://souky.eol.cn/HomePage/allpro/allpro_819.html
招1-2个相关方向的硕士。
你觉得石科院这个方面水平有多高。
用二茂铁8%是肯定能达到了，我们做过测试。一方面，二茂铁有极强的提高辛烷值能力，另一方面，二茂铁可以使燃烧速度加快50%。价格便宜，效果非常明显，现在很多节油产品主要就是靠这个了。
另外说个笑话，最近有个老板希望我们破解中石化最近推出的一种节能添加剂的秘方。在他请的中石化技术指导下搞台架测试，我们不在场。中石化的节油1-2%，我们小破公司的节油4-6%。然后一起添加竟然达到5%-8%。当时中石化技术就说我们的样品含金属离子，结果一检测，竟然没有，搞得他们挺尴尬的，呵呵。
我们小破公司的几个合伙人，都是清华北大出来的，和石科院，中科院都打过交道。其实中国科技界的尖端就那么回事。反而是一些不为外人熟悉的学校和研究所，长期从事某项研究，反而能出真正有意义的成果。