汽车排气微粒的形成及其演变分析

许多研究表明汽车排气微粒对人体的健康危害很大,尤其是微粒粒径较小,数量浓度较高时,危害更甚.汽车排气微粒在排放后会经历一系列物理化学变化,在扩散的同时,微粒受冷凝/蒸发、核化、凝并、沉降等作用的影响,其粒径分布和浓度都会发生很大的变化;与此同时,污染物进入大气环境后,不同的环境因素对微粒粒径的影响也不同.本文结合国内外的研究现状,阐述了各个过程中的汽车排气微粒的变化以及对微粒浓度和粒径的影响.     

怠速时汽车污染物在排气尾流中扩散特性的数值分析

利用k-ε湍流模型对怠速条件下汽车排气污染物在排气尾流中的扩散特性进行了研究.汽车尾流中CO₂浓度变化规律的模拟计算结果与实测数据具有很好的一致性.数值分析了排气浓度、速度、方向以及侧风强度等对怠速条件下汽车污染物在排气尾流中扩散的影响.研究结果表明,排气出口污染物浓度的变化将改变排气尾流中污染物浓度的大小,但尾流扩散区域的结构基本保持不变;排气速度会直接影响到污染物在尾流下游的穿透距离及显著向上扩散的位置;相对排气浓度和排气速度而言,排气方向对尾流结构及污染物在尾流中的扩散与分布具有更大的影响;侧风对排气尾流的结构同样具有重要的影响,它可以有效地改变汽车排气尾流的扩散方向和污染物的浓度分布.     

怠速条件下汽车排气污染物在排气尾流中扩散特性的实验研究

通过实验的方法对怠速条件下汽车排气污染物在排气尾流中的扩散特性进行了研究.测定了怠速条件下汽车排气尾流中的污染物体积分数及其分布,并比较分析了3种不同类型汽车的污染物排放体积分数及其变化.实验结果表明,怠速时汽车排气尾流中的污染物体积分数按照近似指数函数的趋势迅速降低到接近大气背景值;不同类型汽车排气尾流中的污染物体积分数的差别非常明显;排气方向对汽车排放污染物的扩散及其分布具有重要的影响.研究工作可以为怠速工况下汽车排气污染物对周围环境的影响评价提供更多的有用信息.     

机动车尾流区CO2扩散特征的数值分析

为了研究车辆运动过程中尾流区排放污染物的扩散情况,通过CFD软件FLUENT 6.1.22TM中湍流模型和组分输运方程对单辆货车尾流区内的气流速度、湍流动能和排气管排放的CO2浓度的分布进行了模拟.通过模拟结果与风洞实验的数据对比验证了模拟结果的适用性.分析了车速,排气管出口温度和湍流动能对货车尾流区内CO2扩散过程的影响,结果表明,由于出口直径和流速相对较小,排气管射流对尾流区流场的影响不明显;在排气管出口处CO2的浓度梯度最大,且随着与车尾距离的增加浓度迅速减小;尾流区内CO2在x、y、z3个方向上的浓度变化速度均随车速的增加而增加;且在尾流区内相同位置处.车速越大CO2浓度越低;排气管出口与外部环境温差对污染物扩散的影响仅局限于距离车尾0.75倍车长范围内;湍流动能最大值出现在尾流区内,有利于CO2的稀释和扩散.     

柴油机排气微粒冷却演变特性的实验研究

对柴油机排气微粒在冷却条件下的演变特性进行了实验研究.结果表明,排气的冷却作用对微粒的质量浓度具有重要的影响.引起微粒质量浓度变化的主要原因是排气中气态碳氢的冷凝,从而增加了微粒的质量浓度.排气的冷却促使柴油机微粒增大,分布在0.01～1.0 μm粒径范围内的微粒数量有所减少,特别是小于0.1 μm以下的小微粒,微粒数量下降的幅度相对较大,并且冷却温度越低,变化越明显.排气冷却后,0.1-1.0 μm粒径范围内的微粒体积浓度呈减少的趋势.此外,流速对排气冷却条件下的微粒演变特性亦有一定的影响,随排气流速的降低,0.01～1.0 μm粒径范围内的微粒数量浓度和体积浓度减小.     

柴油机排气微粒特性的试验研究

通过试验对柴油机排气微粒特性进行了系统的研究，分析了柴油机微粒的组成、排放质量浓度、微粒粒径分布以及微粒的形态特征等，研究了柴油机工况对排气微粒特性的影响。研究结果表明，除柴油机工况影响微粒组成外，排气温度亦对微粒的组成及分布有重要的影响；柴油机微粒数量分布峰值在0．02μm—0.10μm之间，球形度以0．6—0.7之间的微粒居多；随着柴油机负荷或转速的增加，微粒平均粒径的变化趋势向大尺度方向发展。     

甲醇柴油双燃料燃烧结合DOC/POC耦合大幅度减少发动机微粒排放的研究

对一台四缸增压中冷柴油机采用甲醇柴油双燃料模式,研究了甲醇替代率和柴油机氧化催化转化器耦合微粒催化转化器(DOC+POC)后处理装置对该发动机烟度和微粒数量、质量浓度的粒径分布特性的影响.试验结果表明,随甲醇替代率的增加,发动机烟度和微粒数浓度、质量浓度均有不同程度的降低,核态微粒浓度显著降低,聚集态微粒浓度基本保持不变.相比于DOC+POC对纯柴油发动机排气烟度25%左右的净化效率,在甲醇柴油双燃料模式下DOC+POC对排气烟度的平均净化效率在60%以上,最大达到96%,显示了该后处理技术在甲醇柴油双燃料模式下清洁排放的良好应用前景.     

珠江三角洲新垦大气核化速率研究

计算了珠江三角洲新垦地区的大气核化速率,对核化机制及核化速率计算的影响因素进行了分析. 基于PRIDE-PRD2004观测实验期间新垦站点的气溶胶数浓度谱分布观测数据,计算出3 nm粒子的表观形成速率. 根据表观形成速率与核化速率之间的关系式,分析了1 nm粒径临界核的大气核化速率. 结果表明,新粒子事件期间3 nm粒子的表观形成速率为7.2～9.4 cm^-3·s^-1,1 nm临界核的大气核化速率为7.65×10²～1.14×10⁵ cm^-3,与前体物硫酸蒸气浓度比较一致,气态硫酸应是主要的核化前体物. 新垦地区背景气溶胶中积聚模态对碰并汇贡献较大,事件期间气溶胶数浓度变化对核化速率计算结果影响不大. 本研究获取了新垦核化速率信息,有助于进一步了解核化机制. 由于成核临界粒径的不确定性对核化速率计算结果影响很大,确定成核临界粒径对核化速率计算十分重要.     

柴油机排气微粒收集消声装置的设计

介绍了柴油机排气微粒收集消声装置的特点、结构、工作原理和设计过程。柴油机排气微粒收集消声装置包括排气微粒收集装置、排气微粒收集再生和排气微粒收集控制装置,在柴油机排气离心力产生的旋转气流以及静电装置产生的电场的双重效用下,收集柴油机的排气微粒,自动控制排气微粒收集再生及控制装置,使收集的微粒燃烧,排放到大气中。通过柴油机排气微粒收集消声装置的试验表明:收集效率最高可达到98.1%,排气背压最高可达到3.7kPa,消声装置可达到90.2dB,试验证实本装置适合于柴油发电机和大中型柴油发动机。     

脱除燃烧源PM2.5过程中蒸汽相变机理应用研究

本文对脱除燃烧源PM2.5过程中蒸汽变相机理应用进行试验。结果表明在拖出燃烧源过程中,蒸汽相变机理对燃油PM2.5的拖出率可达65%。其中相变核化室壁、蒸汽饱和度等对PM2.5凝并长大效果都有影响,不仅能改善蒸汽相变效果,同时也有助于增加相变效果。     

机动车排放细微/超细颗粒物消光特性的Mie理论研究

机动车等燃烧源排放颗粒物离散系统的消光特性主要取决于颗粒群的物理化学组分和粒径分布特征. 利用内部混合模型,确定典型机动车排放颗粒物的密度和光学复折射系数(m),通过Mie理论模型研究不同粒径下单体颗粒物的光学特性,从而研究机动车排放的nm/μm级粒径下细微/超细颗粒物的无量纲光散射率(Q_scat)、无量纲光吸收率(Q_abs)以及无量纲消光率(Q_ext). 结果表明,不同国家的轻型柴油车(LDV)排放超细颗粒物的化学组分差异较大,而重型柴油车(HDV)则没有显著差别. 相关性分析表明,机动车排放颗粒物的EC组分所占比例与复折射系数的实部(n)和虚部(k)均有极强相关性,相关系数(R>/sup>2)分别为0.995 6和0.993 8.通过Mie理论计算 4种复折射系数下典型机动车排放颗粒物Q_scat,Q_abs和Q_ext随粒径的变化特征发现,粒径为400～600 nm范围的单体颗粒物消光作用最大. 当颗粒物粒径>1 μm时,Q_scat,Q_abs和Q_ext逐渐稳定为常数1.2,1.0和2.2, 此时消光率与复折射系数无关.      

轻型汽油车排放颗粒物数浓度和粒径分布特征

我国机动车颗粒物排放研究多集中于重型柴油车,对于轻型汽油车的研究相对较少.本研究对3辆缸内直喷(GDI)汽车和1辆进气道喷射(PFI)汽车排放颗粒物的数浓度与粒径分布进行测试,并利用两台不同检测下限的颗粒物冷凝生长计数器(CPC)对轻型汽油车颗粒物实际排放水平进行了探究.结果表明,GDI汽车排放的颗粒物数浓度高于PFI汽车一个数量级,冷启动下颗粒物主要在测试循环前200 s大量产生,GDI汽车排放颗粒物数浓度与工况速度变化关系密切,而PFI汽车变化相对较小.GDI与PFI汽车排放的颗粒物粒径分布均具有核模态和积聚模态两个特征峰,核模态颗粒物峰值粒径约为20~27 nm,积聚模态约为80~95 nm.粒径检测下限为2.5 nm的UCPC测得的颗粒物数浓度比法规使用的粒径测量下限为23 nm的CPC测量结果分别高出35.0%(GDI)和50.4%(PFI).表明喷油技术是影响颗粒物数量排放水平的关键因素,法规测试会低估轻型汽油车实际颗粒物排放水平.     

Characterization of particulate matter from diesel passenger cars tested on chassis dynamometers

Emission characterization of particle number as well as particle mass from three diesel passenger cars equipped with diesel particulate filter(DPF), diesel oxidation catalyst(DOC)and exhaust gas recirculation(EGR) under the vehicle driving cycles and regulatory cycle.Total particle number emissions(PNEs) decreased gradually during speed-up of vehicle from 17.3 to 97.3 km/hr. As the average vehicle speed increases, the size-segregated peak of particle number concentration shifts to smaller size ranges of particles. The correlation analysis with various particulate components such as particle number concentration(PNC),ultrafine particle number concentration(UFPNC) and particulate matter(PM) mass was conducted to compare gaseous compounds(CO, CO_2, HC and NOx). The UFPNC and PM were not only emitted highly in Seoul during severe traffic jam conditions, but also have good correlation with hydrocarbons and NOxinfluencing high potential on secondary aerosol generation. The effect of the dilution temperature on total PNC under the New European Driving Cycle(NEDC), was slightly higher than the dilution ratio. In addition, the nuclei mode(DP: ≤ 13 nm) was confirmed to be more sensitive to the dilution temperature rather than other particle size ranges. Comparison with particle composition between vehicle speed cycles and regulatory cycle showed that sulfate was slightly increased at regulatory cycle, while other components were relatively similar. During cold start test, semivolatile nucleation particles were increased due to effect of cold environment. Research on particle formation dependent on dilution conditions of diesel passenger cars under the NEDC is important to verify impact on vehicular traffic and secondary aerosol formation in Seoul.     

青岛市大气颗粒物来源的定量解析——化学质量平衡方法

在青岛采集了夏、冬两季的飘尘样品。用10μm入口切割和两级核孔膜滤膜,实现了飘尘粗、细颗粒的分极采样。分别用扫描电镜-X射线能谱分析技术和多元素化学分析数据的因子分析方法,定性识别排放源。用化学质量平衡方法定量解析源贡献:土壤扬尘和燃煤飞灰,硫酸盐二次颗粒物,以及海盐颗粒是3种主要来源;汽车尾气和2种工业排放的贡献较小。根据定量解析的结果,论述源排放的粒径分布和季节变化的特点。      

柴油机EGR氛围颗粒的空间结构与表面形态分析

为揭示EGR(废气再循环)对柴油机颗粒表面形态以及空间结构的影响,针对不同EGR率下产生的柴油机颗粒,采用颗粒粒径分析仪以及X射线小角散射等分析手段,研究了EGR对柴油机排气颗粒粒径、数浓度和质量浓度的影响,分析了颗粒团聚程度、团粒间隙尺寸以及表面形态等参数随EGR率的变化规律.结果表明:随着EGR率从10%增至30%,颗粒数浓度峰值粒径向大粒径方向偏移,粒径在10～50 nm的核模态颗粒数浓度分别降低了14.7%和29.4%;粒径在50～500 nm的积聚态颗粒数浓度分别增加了17.1%和139.4%;总颗粒数浓度也有较大幅度增加,分别增加了4.5%和72.1%.采用EGR后,颗粒的质量分形维数和表面分形维数分别增加了12.1%和18.2%,表明EGR会使颗粒的质量分布不均匀,表面粗糙程度增加.随着EGR率的增加,颗粒的团粒间隙分布有明显差异,EGR率为0时的团粒间隙尺寸主要分布在8～11 nm,EGR率为30%时的团粒间隙尺寸主要分布在4～6 nm,表明EGR可在总体上降低团粒间隙尺寸和数浓度,增加了颗粒的团聚程度和空间结构的紧密程度.研究结果对于拓宽EGR的工况使用范围、提高DPF等后处理装置的工作效率、进一步降低柴油机的NO_x和颗粒排放具有重要意义.      

颗粒物悬浮体系中聚合铝凝聚絮凝形态表征 (Ⅰ):Al-Feron法的应用研究

应用Ａｌ－Ｆｅｒｒｏｎ法于悬浮体系中聚合铝的形态分布表征,对其中的主要影响因素进行探讨,就不同碱化度聚合铝的形态分析进行实例研究。结果表明,混合方式对Ａｌ－Ｆｅｒｒｏｎ法的应用具有一定的影响作用。比色管混合测得Ａｌａ为２１．５４％,低于磁力搅拌方式结果（２４．５２％,２５．２２％,２５．０６％）。应用磁力搅拌方式可以获取较好的重复性与更多初期反应信息。颗粒物的存在对反应的影响主要取决于其浓度与粒度