机场飞机起降循环污染物扩散分布研究

国际民航组织规定飞机的标准起降循环(LTO)为滑行、起飞、爬升和进近(不包括巡航阶段)4个阶段,而对机场污染产生影响的主要在起飞和降落阶段。为了计算的可行性,首先简化飞机在机场起飞降落的活动路线,分阶段计算出4个阶段对总的污染排放浓度的贡献;然后计算得出整个民航机场飞机起降循环过程的污染物扩散模型。基于此模型,用MATLAB软件对飞机在机场起飞降落过程中排放的NOx扩散分布进行仿真。     

基于QAR数据的飞机全航段黑碳排放量计算与分析

黑碳气溶胶是航空发动机运行过程中产生的一种主要颗粒污染物.为评估飞机全航段的黑碳排放特性,在一阶近似方法（FOA）的基础上,提出一种基于黑碳形成和氧化过程的形成氧化法（FOX）.使用GE90-115B型发动机历史QAR数据进行实例分析,结合QAR数据中燃油流量、空气燃料比、燃烧室入口温度、主燃区火焰温度等热力学参数,计算某次飞行全航段的黑碳排放量.结果表明,形成氧化法的计算结果高于一阶近似方法,巡航阶段的总排放量高于起飞着陆循环.分析表明,结合实际飞行数据的形成氧化法,考虑了发动机的性能差异、燃烧品质及外界环境条件对排放特性的影响,能够更加真实有效地评估飞机全航段的黑碳排放量,为飞机排放监测及排放的适航符合性验证等效替代提供更加准确的依据.     

长三角地区民航飞机起飞着陆(LTO)循环大气污染物排放清单

通过调查收集长三角区域民航飞机构成、起落架次及发动机排放因子数据,以2017年为基准年,建立了长三角区域民航飞机起飞着陆(Land take-off, LTO)循环大气污染物排放清单.结果显示,2017年长三角区域民航飞机LTO循环NO_x、HC、CO、SO_2和PM年排放总量分别为16429.6、734.4、8234.3、1159.6和125.7 t.爬升阶段的NO_x、SO_2和PM排放贡献相对较高,分别达到47.2%、29.6%和36.2%,滑行阶段的HC和CO排放占比突出,分别达到95.4%和95.4%.从空间分布来看,长三角地区民航飞机LTO循环排放主要集中在上海浦东国际机场、上海虹桥机场、杭州萧山机场和南京禄口机场.从月分布来看,3—8月民航飞机LTO循环排放最为集中.从小时分布来看,上午7:00—9:00存在排放高峰,航班起落架次和边界层高度是决定LTO循环排放量的主要因素.为提升民航飞机大气污染物排放清单估算的准确度,建议在后续研究中加强对在用民航飞机大气污染物排放因子实测和实际活动水平的调查,以降低排放清单的不确定性.     

典型通航飞机PM与TVOC排放特征及排放因子

选取DA-40D型为典型机型,于2019年12月5日～8日在辽宁省朝阳机场开展飞机在推力功率为13%、37%、52%、73%和100%的5种工况下颗粒物(PM)、黑碳(BC)、总挥发性有机物(TVOC)的测试和分析.结果显示,5种推力功率下PM粒子数浓度在大推力工况中峰值位于0.25和0.3μm处,小推力工况峰值不明显,且PM₁/PM₁₀达99%以上.该款发动机排放PM_2.5、BC和TVOC排放质量浓度随推力上升均呈现升高的趋势,浓度分别在129.8～1039.4,18.3～291.9和311.6～7343.2μg/m³,排放浓度快速增加分别出现在全推力、中/全推力以及中等推力区间.通过逐步回归方法分析发现发动机进气总共压力对于PM_2.5和BC浓度影响最大,而TVOC浓度主要受冷却液温度影响.通过构建飞机LTO飞行模型,结合排放强度拟合及飞机性能参数计算,确定PM_2.5、BC和TVOC在LTO过程的排放因子分别为25.91,6.98和71.26μg/LTO...     

民航发动机巡航阶段排放扩散模型研究

民航发动机大量的排放物给全球气候的变化增加了贡献度,为了进一步研究航空排放对环境的影响,国际上已经进行了大量有关排放、扩散方面的研究,如美国机场的EDMS系统计算机场各种污染物浓度并得出其扩散模式等,但对飞机巡航阶段排放物扩散状况的研究很少。从机载QAR数据中提取相关参数,采用高斯扩散理论,着重研究了民航发动机在巡航阶段排放扩散模型,用MATLAB对发动机CO2排放进行了数值模拟,为进一步建立排放物扩散控制体系或方法提供依据。     

我国典型秸秆露天燃烧黑碳的高时间分辨率排放特征及其排放清单

农作物秸秆燃烧是大气中黑碳(black carbon,BC)气溶胶的主要来源之一。目前农作物秸秆燃烧排放黑碳的研究主要集中在通过离线样品分析获得的BC排放特征,缺少实时在线排放特征的研究。本研究收集了我国具有代表性的4种农作物秸秆(小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆和大豆秸秆),通过在实验室燃烧平台模拟农作物秸秆露天燃烧的过程,利用黑碳仪获得农作物秸秆燃烧过程中BC的实时浓度排放变化;利用质量重建,获得BC在线排放因子。结果表明:农作物秸秆在明燃过程中BC的排放因子较为稳定。通过平均排放因子的计算,获得小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆和大豆秸秆的BC排放因子分别为(0.32±0.05) g?kg~(-1)、(0.31±0.13) g?kg~(-1)、(0.31±0.09) g?kg~(-1)和(0.44±0.01) g?kg~(-1)。在排放因子的基础上,结合我国农作物秸秆露天燃烧量,最终建立了2015年我国省级(不含港澳台地区)典型农作物秸秆燃烧的BC排放清单。     

基于实际飞行数据的首都机场飞机发动机日排放清单估算方法研究

根据航班实际飞行数据估算机场飞机主发动机排放量,可以提升机场排放清单编制的准确度.基于北京首都机场某日运行数据和国内1326架次航班的机载飞行数据(QAR数据),研究了基于飞行数据的机场飞机主发动机排放清单制定方法.采用一阶近似3.0(FOA3.0)方法补充国际民航组织发动机排放数据库颗粒物基准排放指数,结合QAR数据,应用波音燃油流量法2(BFFM2)估算了实际飞行条件下污染物排放指数,编制了首都机场该日飞机主发动机排放清单,分析了首都机场航班排放特征.在此基础上,探讨了结合实际数据本地化的着陆和起飞循环,以期为机场飞机主发动机排放量的快速准确核算提供新的思路.结果发现,该日航班主发动机HC、CO、NO_x和PM_(2.5)排放量分别为933.9、10967.8、14703.5和85.5 kg,较标准LTO循环估算结果的偏差分别为15.6%、13.2%、-29.1%和-18.9%.NO_x排放主要集中在起飞和爬升阶段,占其排放总量的68.0%;HC和CO排放主要集中在滑行和慢车阶段,分别占其排放总量的90.0%和88.0%;PM_(2.5)在各飞行阶段的排放较为平均.对于单位LTO循环,航班滑行过程中平均排队等候(地速为零)时间为7.7 min,产生的HC、CO、NO_x和PM_(2.5)分别占总滑行阶段对应污染物排放量的26.3%、27.5%、25.7%和27.5%,这一部分排放量有望通过场面运行优化进一步控制.     

基于P3-T3方法的飞机LTO阶段氮氧化物排放量计算与分析

飞机起飞着陆循环(LTO)阶段包含高推力的起飞和爬升阶段,具有排放强度高、排放特性不稳定的特点.同时,该阶段飞行高度低,尾气排放会直接影响机场周边人群.因此,本文依据机载快速存取记录器(QAR)数据中的低压转子转速等特征参数,对LTO进行精确的阶段划分.同时,建立发动机排放特性参数与推力关系模型,并使用P_3-T_3方法对国际民航组织公布的发动机各阶段排放指数进行修正,最终计算GE90-115B发动机某次LTO阶段的实际氮氧化物排放量.结果表明,该方法与国际民航组织推荐的标准LTO估算方法相比,总量相差约40%,与原有的BM2方法相比也存在一定差异.分析认为,这种依据QAR实际飞行数据并结合发动机排放特性参数的发动机排放量计算方法,可以更加真实地反映发动机性能对排放特性的影响,可很好地适用于具体航班氮氧化物排放量的精确估算,为近地面飞机排放评估乃至机场排放清单的编制提供更加准确的依据.     

316国道沿线大气降尘黑碳污染特征及来源分析

采用热光反射法对316国道沿线大气降尘中黑碳的含量进行了测定,研究降尘黑碳的污染水平和空间变化特征。同时,结合黑碳/有机碳(BC/OC)和焦炭/烟炱(char/soot)比值法来解析降尘黑碳的可能来源。结果表明:不同公路段降尘中黑碳含量水平存在较大的差异,其变化范围为5.16～35.22 mg/g,平均值为11.46 mg/g,总体污染较为严重。黑碳、焦炭和烟炱含量的高值一般出现在钢铁厂或冶炼厂附近,可能受工业燃煤排放的影响较大。降尘中BC/OC比值的变化范围为0.23～0.63,平均值为0.44,反映了不同地区有机碳来源的不同以及黑碳来源的复杂性。char/soot比值变化较大,平均值为0.90,说明降尘中烟炱组分在黑碳含量中所占比例要稍高于焦炭,也反映出公路沿线机动车排放对降尘黑碳的重要贡献。不同碳组分(有机碳、黑碳、焦炭和烟炱)之间都存在较好的相关性,指示了其来源的相似性。316国道沿线公路段大气降尘中黑碳的主要来源是机动车排放,局部地区(如工矿企业周边)受工业排放的影响较大,还有部分采样点可能受居民燃煤和生物质燃烧排放的影响。     

性能退化对民机巡航阶段污染物排放的影响研究

发动机性能退化将会影响污染物排放,以往污染物排放估算模型未充分考虑性能退化对排放量的影响.因此本文对原有污染物估算模型进行修正,将民机实际运行中表征发动机健康状态的主要参数EGT作为特征量融入到污染物排放估算模型中,提出改进的形成氧化法以及P3-T3方法,定量估算性能退化对污染物排放的影响.使用GE90-115B发动机历史QAR数据,计算航空发动机处于不同健康水平下的巡航阶段污染物排放特性.研究结果表明：航空发动机性能退化将会显著影响巡航阶段污染物排放特性.其中,性能退化严重时航空发动机CO、UHC以及黑碳的巡航阶段平均排放指数较健康状态时分别升高87.52%、247.76%以及19.68%,而NO_x的平均排放指数则下降55.33%.因此在对性能退化的发动机进行污染物评估时必须考虑性能退化的影响.     

基于QAR数据的发动机LTO阶段氮氧化物排放量计算与分析

氮氧化物是发动机运行过程中产生的一种主要污染物,对于航空器氮氧化物排放量的准确计算是控制排放和评估其环境影响的基础.本文依据BM2流量修正方法对机载快速存取记录器(QAR)数据中的燃油流量值进行标准化修正,并根据低压转子转速、空地传感器指示、油门杆解算器角度、飞行高度,对起飞着陆循环(LTO)进行更精确的阶段划分.同时,参考国际民航组织公布的特定发动机机型的分阶段排放指数,对PW-4077D发动机某次LTO阶段的氮氧化物排放量进行计算.结果表明,通过精准飞行阶段划分,结合QAR实测数据估算的LTO分阶段(起飞、爬升、进近、慢车)氮氧化物排放量分别达到3415.87、7574.57、3019.98、1721.33 g,与标准LTO估算方法相比,相差30%以上.这种发动机LTO阶段实际排放量的计算方法,可为近地面航空器乃至不同地区整个机场氮氧化物污染评估提供更加准确的依据.     

The effect of aircraft emissions on tropospheric ozone in the northern hemisphere

The effect of aircraft emissions on tropospheric ozone was studied using a two-dimensional zonal model, of longitude vs altitude, extending between 30°–60°N. An emission inventory for the 1987 civil aircraft fleet was constructed based on fuel usage and civil aviation statistics. The addition of the 1987 civil emissions to a modelled standard atmosphere caused increases in concentrations of O₃ (12%; 10 ppbv), NO_x (40%; 20 pptv) and OH (10%) between 8 and 12 km altitude. A doubling and tripling of the emissions corresponding to a present day inclusion of military aircraft and a future scenario, respectively, caused the increase in O₃ to double (19%) and almost triple (25%). The lightning source of NO_x was found to be an important parameter. When this source was ommitted the change in O₃ at the cruise flight altitude increased to 16%, with respect to a standard atmosphere not containing a lightning source of NO_x.     

首都国际机场飞机排放清单的建立

将基于标准起飞着陆（LTO）循环各阶段工作时间的飞机排放量计算方法加以改进,利用AMDAR资料计算飞机的有效排放高度,进而准确计算出基于逐架飞机的大气污染物排放总量.结果表明,首都国际机场2013年飞机NO_x、CO、HC、SO₂和PM_2.5排放总量分别为7042.1t、3189.9t、295.3t、429.4t和150.4t.与传统的基于LTO循环的方法相比,修正后的首都机场飞机NO_x、CO、HC和SO₂排放增加了23.5%、2.3%、2.1%和18.1%.飞机排放的CO、HC、SO₂和PM_2.5月变化较小,NO_x排放受飞机有效排放高度影响月波动较大.1～2月飞机污染物排放量处于全年最低水平,8月各污染物排放达到峰值.此外,飞机在爬升和滑行/慢车两种模式下污染物排放比例最大,分别占排放总量的37.7%与36.8%.     

结合QAR数据的全航段排放估算及其对飞行成本的影响研究

随着排放对环境的影响日趋严重,排放成本被纳入飞行总成本的趋势已成为必然.在对基础飞行成本模型进行改进过程中,为了准确计算飞机排放量,依据机载QAR（Quick Access Recorder,快速存取记录器）数据中表征发动机实际运行的诸多参数,准确获取排放量,进而利用改进飞行总成本模型计算实际飞行成本.同时,讨论了燃油成本、时间成本及排放成本在综合成本中所占的比例.结果表明,燃油成本占比最大,约为41.63%;时间成本约占34.13%,排放成本占比达到24.24%,超过燃油成本的1/2.由此可见,排放成本对总成本影响很大,其影响不可忽视,多方面考虑计算排放量及排放成本,可为航空公司初步评估飞机运行成本提供有效依据.     

典型城市轻型汽油车尾气排放模式分析

为建立典型城市机动车驾驶模式并量化其尾气排放,研究选取成都市内26辆满足国V排放标准(GB 18352.5-2013《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第五阶段)》)的轻型汽油车,利用便携式尾气测量系统测量其现实条件下的行驶工况及尾气排放,并根据实际情况结合分类回归树方法构建本地化的驾驶模式并分析各模式的尾气排放....     

航空器场面滑行污染物排放计算研究

分析了航空器发动机排放污染物种类,介绍了标准起飞着陆循环(LTO)与航空器全发滑行方式下油耗与排放计算模型,建立了单发滑行、牵引滑行、APU电力驱动滑行3种滑行方式的油耗与排放计算模型.采用油耗与排放修正模型,对航空器场面滑行阶段因外界温度、气压、湿度等因素造成的油耗系数与排放系数改变进行修正.以上海虹桥机场为例,计算了不同滑行方式下各机型污染物气体排放量.计算结果表明:采用单发滑行与APU电力驱动滑行可降低航空器场面滑行阶段HC、CO和NOx的排放量,牵引滑行对NO_x的排放影响不大,但可明显降低HC、CO的排放量.     

Modeling and predicting low-speed vehicle emissions as a function of driving kinematics

An instantaneous emission model was developed to model and predict the real driving emissions of the low-speed vehicles. The emission database used in the model was measured by using portable emission measurement system (PEMS) under actual traffic conditions in the rural area, and the characteristics of the emission data were determined in relation to the driving kinematics (speed and acceleration) of the low-speed vehicle. The input of the emission model is driving cycle, and the model requires instantaneous vehicle speed and acceleration levels as input variables and uses them to interpolate the pollutant emission rate maps to calculate the transient pollutant emission rates, which will be accumulated to calculate the total emissions released during the whole driving cycle. And the vehicle fuel consumption was determined through the carbon balance method. The model predicted the emissions and fuel consumption of an in-use low-speed vehicle type model, which agreed well with the measured data.