生物柴油的碳烟形貌及影响因素分析

使用热场发射扫描电子显微镜拍摄了5种生物柴油和0号柴油在常温常压状态下燃烧产生的碳烟照片,分析了碳烟粒子的形貌及影响形貌和生成量的因素。研究表明,碳烟粒子多呈球状,平均直径在35～75nm之间,粒径分布符合高斯分布,总体排列呈现链状或者块状;碳烟形貌及生成量与火焰温度、燃料的氧含量、芳香烃含量、硫含量以及十六烷值等因素有关,与柴油相比,生物柴油燃烧火焰温度高、含氧量高、芳香烃和硫含量少,十六烷值高,使生物柴油的碳烟粒径普遍较小,整体排列更紧密,粘结程度更强。     

柴油/碳酸二甲酯燃烧颗粒的微观结构和分形特征

为降低柴油机颗粒物排放,探讨了柴油机燃用柴油/碳酸二甲酯混合燃料燃烧颗粒微观结构和分形特征的变化规律. 采用扫描电镜、透射电镜和SAXS(同步辐射小角X射线散射)相结合的方法,针对DMC(碳酸二甲酯)添加量(以w计)对柴油机燃烧颗粒微观结构和分形特征参数的影响规律进行了研究. 结果表明:与柴油燃烧颗粒相比,D10〔w(DMC)为10%〕、D20〔w(DMC)为10%〕燃烧颗粒的碳粒子平均层面间距分别增加了5.3%、15.1%,弯曲度平均值分别增加了4.0%和10.3%,表明燃烧颗粒的氧化活性增加;与柴油相比,D10、D20燃烧颗粒的质量分形维数分别增加了0.44和0.52,下限均升高了0.2,SAXS与电镜图像对燃烧颗粒的质量分形维数的分析结果相一致,即质量分形维数随DMC添加量的增加而升高,表明燃烧颗粒的团聚程度提高;与柴油燃烧颗粒相比,D10、D20燃烧颗粒表面分形维数的下限分别升高了0.1和0.2,表明其燃烧颗粒表面的粗糙程度和不规则程度提高;与柴油燃烧颗粒相比,D10、D20燃烧颗粒的活化能分别降低了3.9和7.9 kJ/mol,表明燃烧颗粒的氧化活性随着DMC添加量的增加而增强,验证了燃烧颗粒微观尺寸结构和分形特征的研究结果. 研究显示,柴油中添加DMC能够提高燃烧颗粒的氧化活性,燃烧颗粒的氧化活性越强,其在后处理过程中就越易被氧化,有助于降低柴油机的颗粒物排放.      

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.      

废气再循环系统参数对柴油机燃烧特征的影响

为进一步优化柴油机燃烧过程,减少燃烧污染物排放.围绕EGR（exhaust gas recirculation,废气再循环技术）废气组分和废气温度等系统参数对柴油机燃烧特征的影响机制,采用试验与模拟相结合方法,分别研究了通入废气、N₂、CO₂时以及不同EGR废气温度时对柴油机燃烧过程的影响,阐明了燃烧关键中间产物的生成规律.结果表明,①通入CO₂时,柴油机的缸内最大爆发压力和放热率峰值最低,滞燃期最长,燃烧持续期最短,·OH、H₂O₂、CH₂O·和CO等关键中间组分的生成规律与通入N₂时相反.②通入N₂时,柴油机的缸内最大爆发压力和放热率峰值最高,滞燃期最短,燃烧持续期最长并;并且通入N₂时,·OH的峰值最高,形成时刻最早,H₂O₂、CH₂O·以及CO的峰值均有所降低且形成时刻提前.③随着废气温度增加,缸内最大爆发压力降低,放热率曲线由单峰向双峰分布发展,放热率峰值有较大幅度的降低,滞燃期缩短,燃烧持续延长,缸内·OH、H₂O₂、CH₂O·以及CO的峰值均有所降低,并且生成的区域范围变窄.④废气成分中,CO₂对燃烧过程和关键中间产物的影响最大,是阻滞燃烧反应的主要气体成分,通过控制EGR废气成分和温度可以有效改善柴油机燃烧过程,拓宽EGR技术的工况使用范围.研究显示,EGR废气成分对燃烧中间产物的自由基衍化历程影响较大,有必要进一步开展EGR废气成分预处理研究,精确控制EGR废气温度,有助于改善燃烧过程,控制排放污染物中间产物的生成历程和排放量.      

柴油机芳香烃类污染物的测量方法研究

采用活性炭吸附、溶剂解吸和气-质联用(GC-MS)分析的方法,对柴油机尾气中芳香烃污染物进行了定性、定量分析。实验结果表明,该方法能够减少柴油机尾气中其他颗粒相和气相有机成分的干扰,采样快速,灵敏度、准确度高;活性炭吸附管采样效率高,当采样流量为4 L/min、采集时间20 min时,不会出现芳香烃脱附现象;测量方法重复性较好,相对标准偏差低于6.5%,检出限为3~9μg/m3,回收率为87.5%~95.2%;该方法可用于测量柴油机燃用生物柴油和0号柴油尾气中芳香烃污染物。     

不同燃料柴油机多环芳烃排放特征的试验研究

在一台直喷式柴油机上,采用玻璃纤维滤纸及XAD-2吸附管采集、超声和索氏提取、气质联用分析等技术,测量了燃用柴油、生物柴油及其调合油B50排气中的多环芳烃类污染物（PAHs）.研究表明,柴油机颗粒相PAHs排放随着负荷的增大呈现降低的趋势,气相PAHs排放随着负荷呈现先降低后升高的趋势.与柴油相比,生物柴油的颗粒相和气...