一种生物质基液体燃料的运动粘度测试及预测方法与流程

本发明涉及一种混合燃料的运动粘度测试及预测方法，尤其涉及一种木质纤维素基乙酰丙酸酯类-柴油混合燃料运动粘度的测试及预测方法。

背景技术：

石油能源的快速消耗使得世界各国加快了需求清洁能源的步伐。生物质能源是六种可再生能源中唯一可以收集、储存、运输和固定碳的可再生能源。基于木质纤维素生产生物质液体燃料是生物质能源利用技术中的一个重要研究方向，开发生物质液体燃料技术不仅可增强我国能源安全战略意义，而且对缓解我国能源枯耗压力、降低环境排放污染具有重要意义。

木质纤维素基液体燃料添加于柴油应用于车用发动机是生物质能源利用技术中一个相对成熟的技术，该技术开发的关键是对混合燃料进行评价分析。目前常规的评价方法是根据内燃机测试台架进行直接测试分析，该方法简单直接，但是评价周期较长，耗费大量的时间和财力。通过燃料的理化特性进行预评价来筛选燃料是一种可行的简洁途径。而运动粘度是理化特性中一个极为重要的参数，可影响燃料的蒸发雾化和燃烧稳定性。建立柴油混合燃料运动粘度数据库是完善燃料理化特性数据库的一个重要环节。

运动粘度的传统测试方法采用gb265-88，该方法测试相对精确。但是对不同温度条件下的运动粘度测试耗费时间长，运动粘度的测试精度对毛细管的制造精度依赖较大，从而造成测试的重复性较差；粘度较大的液体易产生“气穴”现象，造成测试误差较大。根据传统方法建立混合燃料的运动粘度详细的数据库几乎是难以完成的课题。

技术实现要素：

本发明为解决传统测试方法的耗费时间过长、高粘度燃料测试不准确等缺点，采用试验与数值计算相结合的测试与预测方法，基于旋转流变仪测试动力黏度-温度曲线，并采用三点标定进行多次数值拟合，测试和预测木质纤维素基乙酰丙酸酯类-柴油混合燃料运动粘度，解决建立木质纤维素基乙酰丙酸酯类-柴油运动粘度数据库的关键问题。

因此，本发明提供的技术方案是：一种混合燃料的运动粘度测试及预测方法，该方法包括以下步骤：

(1)用流变仪测试混合燃料的运动粘度，选取合适的平板模具直径d，间隙δ，角速度r和温度变化范围t1～t2℃，测得动力粘度μ与温度t的试验数据，获得半预测运动粘度数据η＝ρ·μ，式中密度ρ为测试范围(t1～t2℃)的中点温度对应的密度；

(2)在测试范围内选取三个测试标定点，将温度测试范围平均分为三段，在三个温度段分别任意选取一个温度点t1、t2和t3，测试的运动粘度作为标定运动粘度，标定点采用gb265-88测试运动粘度η1、η2和η3，获得标定点试验值(t1,η1)、(t2,η2)和(t3,η3)；

(3)通过流变测量的试验数据，对计算的运动粘度进行数值回归分析，获得经验模型f1，f1回归分析类型为y＝me^-nx，式中m和n为常数，要求经验模型的拟合度r²>0.99；

(4)根据计算运动粘度数据获得的回归分析类型对标定点进行第二次拟合，获得标定拟合经验公式f2，测试温度取值范围t∈(t1～t2℃)；

(5)依据获得预测模型进行运算：f＝(af1+bf2)/(a+b)，a和b分别为权重因子，对f1和f2进行权重分配，此公式中a+b＝1，b>a，采用因子分析法确定权重因子；

(6)最终确定预测模型为f，t∈(t1～t2℃)；

(7)依据预测模型f，t∈(t1～t2℃)依次计算出各温度条件下的运动粘度值。

本发明方法是以数值模型对一定温度区间的运动粘度进行数值计算，并采用试验手段对数值模型进行修正，从而达到减少大量试验又能够获得满足一定精度的运动粘度数据库的目的。

本发明所述的方法，所述的混合燃料优选为生物质基柴油燃料；较优选为木质纤维素基乙酰丙酸酯类-柴油混合燃料。

本发明所述的方法，在一个具体的实施例中，步骤(1)中采用旋转流变仪测试混合燃料的运动粘度，平板模具采用直径d为60mm，间隙δ为1mm，角速度r为50r/min，测试范围t1～t2℃为0℃～60℃，间隙；步骤(6)中，式中a＝0.3，b＝0.7。

与现有技术相比，本发明所具有以下优点和有益效果：

本发明相对于传统测试方法极大的节省了测试时间，可方便快捷预测较宽温度范围内的运动粘度。在测试粘度值较大的液体燃料时，可有效规避“气穴”现象带来的测量误差，利于建立运动粘度数据库。

附图说明

图1为本发明实施例中e5运动粘度-温度预测模型图。

图2为本发明实施例中b5运动粘度-温度预测模型图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式的详细描述来进一步阐明本发明，但并不是对本发明的限制，仅仅作示例说明。

实施例一

试验配制的燃料为乙酰丙酸乙酯-柴油和乙酰丙酸丁酯-柴油混合燃料，并添加微量正丁醇作为助溶剂，分别为e5和b5。e5的成分组成为：4.5～5％vol乙酰丙酸乙酯，0～0.5％vol正丁醇，95％vol0#柴油；b5的成分组成为：4.5～5％vol乙酰丙酸丁酯，0～0.5％vol正丁醇，95％vol0#柴油。

1.采用旋转流变仪dhr-1(ta，美国)，平板模具采用(直径60mm，间隙1mm)，角速度为50r/min，测试范围0℃～60℃。测得动力粘度试验数据，获得半预测运动粘度数据η＝ρ·μ，式中密度ρ为30℃(测试范围的中点温度)温度点对应的混合燃料密度，ρe5＝0.818g·cm³，ρb5＝0.822g·cm³,μ为流变仪测试的动力粘度。

2.依次选取运动粘度的标定点，将测试范围分为三段(0～20,21～40,41～60)，在三个温度段分别任意选取一个温度点作为标定点t1、t2和t3，温度标定点采用gb265-88测试运动粘度，获得η1、η2和η3。e5选取的标定点分别为(11,3.63e-3),(28,2.54e-3),(49,1.63e-3)；b5选取的标定点分别为(8,2.81e-3),(51,2.88e-3),(51,1.14e-3)。

3.通过流变测量的试验数据，对计算的运动粘度进行数值回归分析，获得经验模型f1，如图1和图2所示。e5的f1经验模型为：y＝4.372e^-0.02x,r²＝0.9929；b5的f1经验模型为：y＝4.635e^-0.024x，r²＝0.9999。

4.根据计算运动粘度数据获得的回归分析类型对标定点进行拟合，据f1可得回归分析类型为y＝me^-nx，式中m和n为常数，根据此回归类型对标定点进行二次拟合，获得标定拟合经验公式f2，如图1和图2所示。e5的f2经验模型为：y＝4.499e^-0.02x,r²＝0.9995；b5的f2经验模型为：y＝4.319e^-0.02x，r²＝0.9931。

5.依据获得预测模型进行运算：f＝(af1+bf2)/(a+b)，a和b分别为权重因子，对f1和f2进行权重分配，采用因子分析法求得式中a＝0.3，b＝0.7。依据运算公式e5的预测模型为：y＝0.3*4.372e^-0.02x+0.7*4.499e^-0.02x；b5的预测模型为：y＝0.3*4.635e^-0.024x+0.7*4.319e^-0.02x。

6.f为最终确定的预测模型，t∈(0℃～60℃)。

e5：η＝4.4609e^-0.02t，t∈(0℃～60℃)；b5的预测模型为：η＝1.391e^-0.024t+3.023e^-0.02x，t∈(0℃～60℃)。

7.依据预测模型计算e5在不同温度下对应的运动粘度值：

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依据预测模型计算b5在不同温度下对应的运动粘度值：

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