电喷汽油机燃用乙醇/汽油混合燃料排放及催化转化特性研究

研究多点电喷汽油机燃用不同掺混比的乙醇/汽油混合燃料时的排放及催化器的转化性能.结果表明,在汽油机参数未做任何调整的情况下,与汽油机相比,乙醇/汽油混合燃料汽油机催化器之前的CO排放降低,降幅接近15%;HC排放在大负荷时略有升高;NOx排放基本相同;乙醇对排放物催化转换效率的影响与电喷汽油机的转速、负荷和空燃比控制策略有关.用气相色谱分析仪测录的未燃乙醇排放在大负荷时略有升高,甲醇排放量变化不大,乙醛排放量随乙醇含量增大而增大,经三效催化转化器后,可以被控制在接近零排放的水平.在怠速工况,随乙醇含量增加,CO、HC和NOx的排放与汽油机相比略有降低.     

压缩比和EGR对自由活塞发动机HCCI爆震燃烧的影响

基于AVL FIRE仿真平台建立了液压自由活塞发动机气缸的三维仿真模型,使用大涡模拟（large eddy simulation, LES）耦合甲醇的详细化学反应动力学机理研究了压缩比和废气再循环（exhaust gas recirculation, EGR）率对均质压燃（homogeneous charge compression ignition, HCCI）爆震燃烧过程的影响。结果表明:甲醇的HCCI燃烧需要一定的进气加热;随着压缩比的提高,最小进气温度逐渐降低,缸内的最高燃烧温度、最大爆发压力和爆震强度均明显增加;在高压缩比工况下引入EGR时可以降低爆震强度,但EGR率较小时效果并不明显,因此需要较大的EGR 率来抑制爆震;最后,对压力振荡曲线的频谱特性进行了分析,发现爆震燃烧时压力振荡的峰值频率位于10～15 kHz区间内。     

基于机载数据的飞行过程大气污染排放研究

民航飞机飞行过程中发动机会排放NO_x、SO₂、CO、未燃碳氢化合物(HC)及颗粒物(PM)等多种大气污染物,随着民航运输业的发展,机队规模的迅速扩大对环境影响日益严重。为精确评估飞行对于大气环境的影响,可利用飞机QAR(快速存取记录仪)获取精细化的飞机实际运行参数及实时大气环境参数,实现飞行过程中大气污染物排放量的计算。选取中国当前占比最高的A320飞机为典型机型,提取一段航程中的机载数据,基于波音修正模型和一次逼近方法,计算获得了飞行中NO_x、HC、SO₂、CO及PM实时排放因子及航程排放总量。结果表明,CO及HC排放因子变化趋势与推力相反,飞行中数值分别在0.48～1 701.12 g/kg和0.03～0.56 g/kg;而NO_x排放因子的变化规律随发动机推力的升高而上升,数值在0.74～99.60 g/kg; PM排放因子变化幅度较小,在0.19～0.36 g/kg波动。在237.4 min的航程中,NO_x排放量最高,约为590.96 kg; SO<...     

点火提前角对焦炉气天然气混燃发动机燃烧特性的影响分析

为了研究不同点火提前角对焦炉气与天然气混燃发动机燃烧特性的影响,对一台6缸焦炉气发动机,运用CATIA建立其燃烧室模型。在相同的条件下,运用CFD分析软件研究了6种点火提前角（θig）下焦炉气与天然气发动机的燃烧特性。模拟表明:随着θig的提前,缸内的压力、温度、NO生成量的峰值都会升高且提前,当θig推迟到-12 ℃A以后时,出现严重的后燃现象,使得排放温度升高;当θig提前到-25 ℃A之前时,NO的生成量和缸内流速迅速增加,快速燃烧在压缩上止点之前10 ℃A范围内,发动机做负功;当θig为-15 ℃A时,虽然NO的生成有所增加,但是增加的不是很大,并且压力、温度、快速燃烧都在做功行程接近上止点的位置。     

力热耦合条件下煤岩渗透率模型研究

为研究随采深增加煤岩的渗流变化趋势,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,进行不同温度下孔隙压力改变的渗流试验,建立力热耦合作用下考虑滑脱效应的煤岩渗透率模型,采用试验数据验证模型的有效性。研究结果表明:在孔隙压力增大过程中,瓦斯流量逐渐增加,随温度升高体积应变、径向应变均呈降低趋势,轴向应变呈先降低后升高趋势;随孔隙压力增大,煤岩渗透率先逐渐减小后趋于平缓,且随温度升高,煤岩渗透率呈增大趋势;考虑力热耦合作用下煤岩渗透率模型计算出的渗透率与试验所测结果吻合较好;在低孔隙压力下滑脱效应较明显,随着孔隙压力增大,滑脱效应逐渐减弱。     

PODE掺混比对电控共轨柴油机排放特性的影响

为了降低柴油机排放、提高热效率,将体积分数为10%、20%、30%和70%的聚甲氧基二甲醚(PODE)掺混于柴油中制得PODE/柴油混合燃料,标记为P10、P20、P30和P70,在一台四缸增压中冷电控共轨柴油机上开展了PODE掺混比对混合燃料燃油经济性与排放特性的试验,并采用热重分析仪研究了混合燃料的蒸发性能。结果表明:随PODE掺混比增加混合燃料的初始失重温度、终止失重温度和峰值失重温度均向低温区域偏移,峰值失重率增大;随PODE掺混比增加,柴油机的排气温度降低,有效热效率显著提升,混合燃料的HC、CO和烟度排放逐渐降低,而NOx排放有所增加;在ESC试验循环下P30的HC、CO和PM排放量较柴油分别降低了25%、16%和51%,均低于国V排放限值,且CO2排放量也明显减小。     

粉尘云浓度对HDPE粉尘云最低着火温度的影响

为准确评价高密度聚乙烯（HDPE）粉尘爆炸敏感性和开展有效的粉尘防爆工作,采用Godbert-Greenwald恒温炉标准实验装置研究了典型HDPE粉尘云最低着火温度的分布特性,着重探讨了粉尘云浓度对不同喷尘压力条件下HDPE粉尘云最低着火温度的影响规律。研究表明:测试条件下HDPE粉尘云最低着火温度的变化处于360~445 ℃范围,随粉尘云浓度的增加呈现先降低后升高的总体趋势,粉尘云浓度为1.111 kg/m3时出现拐点,且粉尘云最低着火温度随喷尘压力的增加而降低。     

限行对LPG公交车工况影响与减排效果

以大型LPG公交车为对象,研究广州市限行措施对车辆运行工况及排放的影响。采用车载排放测试实时测试亚运限行前后公交试验车辆道路运行工况与排放,进行数据统计分析。结果表明,限行措施使公交车辆平均车速提升了37.9%,怠速运行时间占比下降了6.28%,低于20 km/h的低速运行时间占比下降了15.5%,20~40km/h的中速运行时间占比增加了11.1%。限行使公交车辆平均加速度增大,平均比功率VSP变大。CO、HC和NOx的平均排放速率随车速、比功率VSP增大呈先增大后降低的趋势,随加速度增大而增大。限行使公交车辆负荷率增大,排气中CO、HC和NOx的平均排放速率较未限行时有所提高。相同运行里程下,限行使公交车辆运行时间减少27.5%。综合结果,限行使公交车辆尾气中CO、NOx和HC的排放量分别降低了21.71%、10.36%和11.95%,使平均排放因子降低。限行使道路拥堵情况得到改善,有效提高了公交车辆行驶速度,减少了尾气排放。     

煤层注热CO2驱替CH4特性实验研究*

为研究注CO2增产煤层气过程中注气温度对煤层渗透特性变化的影响,利用自主研发的CO2置换驱替CH4实验系统,在注气温度为40,50,60 ℃条件下进行CO2置换驱替CH4实验,定量分析置换驱替过程中出口气体流量、孔隙压力以及煤层渗透率等变化规律。研究结果表明:在实验测试的40~60 ℃范围内,提高CO2注入温度有助于产出更多的CH4及封存CO2,CO2注入温度越高,出口混合气体流量和CH4气体流量越大,呈现出先升高后降低并趋于稳定的变化趋势,实验结束时置换体积比分别为2.704,2.741和2.595,注气温度为60 ℃时驱替效果较好,每产出单位体积的CH4注入的CO2量最少;煤层孔隙压力随注气时间呈现先逐渐上升后趋于平稳的变化趋势,逐渐趋近注气压力0.8 MPa;注CO2置换驱替CH4及提高CO2注入温度会降低煤层的渗透性,注气温度恒定时,渗透率随注气时间增加呈现先逐渐降低后趋于平稳的变化规律,注气温度由40 ℃升至60 ℃时,渗透率从0.017 1×10-15 m2下降至0.009 8×10-15 m2,降低幅度为34.50%~42.69%。     

十六烷值添加剂对乙醇柴油发动机燃烧与排放影响的研究

为降低柴油机的碳烟颗粒排放,配制了乙醇体积分数分别为10%、20%和30%的乙醇柴油混合燃料,利用与0#柴油临界互溶温度优化高碳醇助溶剂的添加比例.同时为改善发动机的燃烧,在混合燃料中添加了十六烷值添加剂.在2102QB型直喷式柴油机上进行试验.结果表明,由于乙醇的掺入使混合燃料十六烷值下降,着火延迟期增加.十六烷值添加剂可以提高混合燃料的十六烷值,恢复发动机的压燃着火特性,但十六烷值添加剂对混合燃料发动机的排放影响较小.柴油机燃用乙醇柴油混合燃料后,烟度大幅下降.ESC十三工况下颗粒比排放减少超过60%,氮氧化物排放相当,碳氢和CO的排放总量有所下降.研究表明,柴油机燃用比例不超过30%的乙醇柴油混合燃料时,在保持其动力经济性的基础上,可大幅降低碳烟颗粒排放.     

基于PLIF的混合气温度和浓度测量及其应用

缸内混合气温度和浓度分布,对发动机稳定运行,保障行车安全、避免发生路上人身伤亡或财物损失有重要影响。为了测量发动机缸内混合气的温度和浓度分布,建立了利用单波长激光诱导双示踪剂产生双荧光的测试系统,并拍摄了不同混合气温度、压力和浓度下的荧光图像,获得了不同示踪剂的荧光强度及其比值随温度、压力和浓度的变化关系,并将标定结果用于光学发动机缸内混合气的温度和浓度测量。结果表明,荧光强度及荧光比值均受到环境的压力、温度和混合气浓度的影响。利用PLIF方法得到的片光源穿过的缸内水平截面内的平均温度与用气缸压力计算的同一曲轴转角下的缸内平均温度变化趋势相同,两者之间的差值随着活塞上行而逐步减小。     

PHEV公交车RDE车载测试评价分析

研究了PHEV公交车的排放特性及车载排放评价的适应性。以一辆LNG-电PHEV公交车为研究对象,按重型车RDE车载测试标准要求沿市区、市郊公交线路行驶,实时采集车辆排放及发动机运行工况等数据,按功基窗口法进行数据处理。结果表明,公交车实际行驶工况较ETC循环工况分布广泛很多,并主要分布在中低转速低扭矩区。即使将有效功基窗口要求的发动机平均功率百分比下限从20%降至15%,车载测试所获得的数据依然无法满足有效功基窗口数量占比大于50%的RDE测试有效性要求。随窗口平均功率百分比降低,NO_x平均比排放值升高,THC下降,CO几乎没有变化。先市区后市郊测试顺序下CO比排放值为0.64 g/(k W·h),为限值的10.7%;NO_x平均比排放值为14.15 g/(k W·h),为限值的3.5倍。研究了车辆行驶路况顺序对窗口数量和排气污染物比排放的影响,相比以先市郊后市区的行驶顺序,先市区后市郊可获得到更多的窗口数量,NO_x平均比排放值升高14.84%,THC降低20.98%,CO降低15.63%。     

除尘器脉喷清灰影响阶段的粉尘分级排放特征

过滤除尘器采用的脉冲喷吹式清灰造成清灰影响阶段粉尘排放浓度的大幅升高,制约除尘器的过滤捕捉性能。为了探索脉冲喷吹工况对清灰影响阶段粉尘排放的影响规律,为工业除尘器清灰设计提供技术参考,构建了脉喷清灰滤筒除尘器试验系统,测试滤筒内壁的压力分布,考察TSP(总粉尘)、PM_(10)、PM_(2.5)分级排放质量浓度变化,并研究了气包压力、过滤风速、最大允许过滤阻力对粉尘排放的影响。结果表明,在脉喷清灰影响阶段,TSP、PM_(10)、PM_(2.5)具有类似的变化趋势,排放质量浓度均先快速升高而后缓慢降低,持续时长30~60 s;排放量总体上随气包压力、最大允许过滤阻力增加而升高,其中气包压力达到临界值0.4 MPa时,排放质量浓度峰值和排放量增加显著;而粉尘排放随过滤风速增加先增后减。研究表明,通过调整脉喷工况可降低清灰影响阶段粉尘排放。     

基于FLACS的CH4/CO2/air混合气爆炸参数分析

利用FLACS软件分析初始压力、初始温度对CH4/CO2/air混合气的爆炸温度、最大爆炸压力的影响;并与计算值对比。结果表明:①初始压力对爆炸温度、爆炸前后压力比影响可以忽略。常温变压条件下二氧化碳浓度增加,爆炸温度与爆炸前后压力比基本呈线性降低。常压变温条件较复杂,二氧化碳浓度升高爆炸温度降低;初始温度对低浓度（<15%）二氧化碳混合气爆炸温度几乎没有影响,而高浓度（>15%）二氧化碳混合气爆炸温度随初始温度增加而升高;最大爆炸压力随二氧化碳浓度以及温度升高而降低。②在设定条件下,低浓度（5%~10%）二氧化碳混合气爆炸温度计算值与模拟值相对误差小于5.5%,吻合较好;最大爆炸压力计算值与模拟值相对误差在6.5%～10.5%之间。     

CO在烟煤中吸附与扩散的分子模拟研究

为揭示CO在烟煤中的微观吸附和扩散机理,利用Wiser烟煤分子模型,通过巨正则蒙特卡洛(GCMC)和分子动力学方法,研究5种不同温度(293.15,303.15,313.15,323.15,333.15 K)下,压力为0.1～3.0 MPa时CO吸附量、吸附热的变化,采用能量分布分析CO在烟煤中的吸附行为,利用扩散系数和扩散活化能研究CO在烟煤中的扩散特性。研究结果表明：CO在烟煤分子中的模拟结果符合朗格缪尔(Langmuir)吸附规律,随着温度的升高,Langmuir参数a和b减小,CO在烟煤分子中饱和吸附量和吸附能力降低。温度越高,烟煤分子的等量吸附热越低,烟煤分子吸附CO分子的平均等量吸附热为21.20～23.11 kJ/mol,小于42 kJ/mol,属于物理吸附;随着压力的升高,CO分子由能量较高的优势吸附位点逐渐向相对较弱的吸附位点移动;在模拟的温度和压力条件下,CO在烟煤分子模型中的扩散系数随温度和压力的升高而增加,扩散活化能随压力的升高而减小。研究结果为揭示CO在烟煤分子中微观吸附与扩散规律,准确预测采空区封闭火区煤自燃情况具有重要意义。     

温度升高对湿地系统温室气体排放的影响

综述了湿地系统温室气体CO2、CH4和N2O的排放机制及温度升高对湿地系统温室气体排放影响的研究进展.温度升高使得湿地植物生长季节延长,促进湿地生态系统生产力的提高,影响湿地生态系统的稳定性.温度升高可改变湿地系统温室气体CO2、CH4和N2O排放的源汇转换,使温室气体排放增加,并对温度变化形成一种正反馈影响.温度升高使得湿地CO2排放增强,降低湿地土壤碳汇的能力,甚至转变为净碳源.温度升高可增加湿地CH4排放量,夏季温度升高对CH4排放通量没有明显影响.温度升高使湿地土壤硝化和反硝化作用增强,促进N2O的产生与排放,湿地成为N2O的排放源.同时,温度升高使得湿地水位降低、土壤水分减少,一定程度上约束了温室气体排放增加的强度.并对进一步的研究进行了展望.     

考虑气体传输和应力耦合作用的页岩表观渗透率演化机理

为模拟页岩气抽采过程中孔隙压力对其吸附特性和渗透特性的影响,通过吸附及多孔弹性理论,建立考虑过剩吸附量的吸附模型,并进一步建立考虑气体传输影响的页岩表观渗透率模型,通过试验数据验证其合理性。结果表明,1)随孔隙压力逐渐升高,页岩过剩吸附量呈先快速增加后趋于平缓的变化趋势;随温度升高,其吸附量呈降低趋势。考虑过剩吸附量和温度修正的吸附模型计算结果与试验所测结果吻合较好,且能较好地反映不同温度下页岩过剩吸附量与孔隙压力的关系。2)页岩气体吸附过程中产生的基质膨胀变形量随孔隙压力升高而升高,且温度较低时的气体吸附变形量大于温度较高时的变形量。3)在有效应力恒定的条件下,CH₄和He的表观渗透率随努森数增大而减小。相同孔隙压力条件下,随有效应力升高CH4和He的表观渗透率均呈降低的趋势,且页岩表观渗透率对有效应力的敏感程度随孔隙压力升高而降低。相同有效应力条件下,充入He的页岩表观渗透率均大于充入CH4的页岩表观渗透率。4)构建考虑气体传输和应力耦合作用的页岩表观渗透率模型,模型计算的渗透率与实测值具有良好的一致性,能较好地表征不同外应力条件下的页岩表观渗透率演化规律。     

低温变温条件下煤吸附瓦斯过程研究

为保证煤层瓦斯含量测定结果的可靠性和准确性,引入低温冷冻取芯技术,利用高低温吸附试验装置,开展低温变温条件下煤样吸附瓦斯全过程试验研究,并分析降温过程中煤样中瓦斯吸附量变化特征。研究结果表明:在程序降温过程中,煤样罐内煤样温度先缓慢下降后趋于稳定,煤样温度变化集中在前3 h,持续一段时间,3 h后基本趋于稳定,与外界环境温度保持一致;试验温度降低过程中,瓦斯吸附量呈现升高-降低交替变化(总体趋势为升高)的特性,随温度的稳定趋于稳定;瓦斯吸附量降低阶段基本呈线性变化趋势,吸附量下降速率先增大后减小。     

复合惰气在采空区遗煤中竞争吸附的分子动力学模拟研究*

为明确作用于采空区的复合惰气的竞争吸附,进行不同温度、压力及组分下烟煤对N2、O2、CO2多元气体竞争吸附分子的模拟研究。研究结果表明:当注入压力达到3 MPa后,竞争吸附效果不再明显,为高压注入提供一定的理论基础;随着CO2分压的增大,O2吸附量降低速度逐渐平缓,初步确定最佳注入配比范围为2∶1至3∶1,为进一步结合实际工程中成本等因素确定最佳注入配比提供参考;等量吸附热受吸附条件的影响较小,仅与吸附质本身有关;随着CO2分压的增大,范德华能升高56.9%,分子内能升高78.7%,静电能升高67.2%,CO2对整个系统内的吸附作用强度及吸附量有着较大的影响;随着CO2分压增大,N2竞争吸附能力逐渐弱于O2,竞争吸附能力大小顺序为CO2>O2>N2。     

煤油共生矿区含油煤尘云最低着火温度试验研究

为研究煤油共生矿区含油煤尘最低着火温度的变化规律,选取3种含油浓度不同的煤样,采用粉尘云最低着火温度测定系统,研究含油煤尘云最低着火温度随含油浓度、喷尘压力及煤尘质量的变化规律。研究结果表明:含油煤尘的最低着火温度较不含油煤尘显著降低,且随着煤尘含油浓度的增加,煤尘中挥发分含量增多,煤尘云最低着火温度降低,爆炸危险性增强;低含油浓度煤尘,煤尘受原油挥发分影响较大,在含油浓度为5.7%,4.3%且质量浓度为1364~4550 g/m3时煤尘云最低着火温度随喷尘压力的增大呈先增大后减小的变化趋势,在5.7%,4.3%含油浓度且喷尘压力为0.05 MPa时煤尘MIT随煤尘质量浓度增加先降低后缓慢升高。高含油浓度煤尘,受煤尘团聚现象影响较大,煤尘云最低着火温度随喷尘压力的增加而升高,随煤尘质量的增加呈先减小后增大再缓慢减小的变化规律。