乙炔/空气层流预混火焰中氢气添加对碳烟颗粒生成的影响

构建一维常压稳态层流预混火焰中碳烟颗粒动力学演化过程的数学模型,采用内插值的矩方法对该数学模型进行数值求解,并与含有碳烟前驱物的化学反应机理进行耦合,基于Fortran语言,建立碳烟生长演化的数值计算模型,在此基础上,分析乙炔/空气层流预混火焰中氢气添加对碳烟颗粒生成的影响。研究结果表明:氢气的添加可以通过改变火焰温度、稀释效应以及化学反应抑制作用来改变碳烟形成过程中的化学反应及颗粒动力学事件,从而减缓火焰中PAHs生长,降低碳烟颗粒的成核率、凝并率和表面生长率,对碳烟颗粒的生长起到了一定抑制作用。     

柴油机燃用纳米CeO_2催化柴油的缸内碳烟分布

利用缸内燃烧可视化技术研究了催化柴油的碳烟生成过程和浓度分布规律,并分析了高压共轨柴油机燃用催化柴油的燃烧特性和烟度排放.结果表明:随着CeO_2质量浓度的增大缸内燃烧时碳烟火焰出现位置提前,消失的时刻更早;与燃用纯柴油相比,催化柴油的缸内碳烟生成区域减小,碳烟浓度降低,碳烟面积占有率比较小,而柴油机排气烟度有所降低,且随着负荷的增加改善效果更明显;纳米CeO_2颗粒会改善燃油燃烧过程并提高放热速率,柴油机燃用催化柴油后燃烧始点提前,缸内压力峰值、放热率峰值和压力升高率峰值均增大,且对应相位更加靠近上止点.     

直喷汽油机颗粒物生成及排放特性研究进展

通过对缸内直喷汽油机颗粒物生成机理、排放特性以及影响因素的研究进行综述,了解到直喷汽油机碳烟的生成主要源于缸内壁面油膜的池火燃烧和局部混合气过浓的影响,多环芳香烃是碳烟生成的主要前驱物;直喷汽油机颗粒物排放要高于进气道喷射汽油机以及装有颗粒捕集器的柴油机,并且与发动机运行及控制参数、混合气组织方式、燃油理化特性等有较大关系,通过优化燃烧组织措施,采用含氧燃料等方法能有效降低颗粒物排放.     

基于KIVA3的柴油机碳烟产生机理的数值模拟研究

将Surovikin碳烟生成模型、NSC（Nagle和Strickland-Constable）氧化模型和Neoh等人提出的OH氧化模型编译集成到KIVA3中构建多维计算模型,提出了一个六步化学反应机理模型．针对D6114柴油机进行了数值模拟,得到了这一化学反应机理下的碳烟颗粒数密度曲线及其变化过程图和碳烟产生量曲线．研究结果表明,本文采用的基于部分化学反应的机理模型和现有碳烟计算模型能够较清晰地反映柴油机碳烟生成和氧化的历程,对研究柴油机燃烧和排放具有一定的参考价值．     

碳烟颗粒在尾气排放与机油吸附中分布关系的试验研究

鉴于机油吸附与尾气排放中碳烟颗粒的动态分布关系尚未得到充分的分析研究,同时为了深入认识机油退化机理,实现在线状态监测;对碳烟颗粒缸内分布和机油吸附特性进行了仿真和试验研究。仿真结果表明,扭矩对碳烟生成量影响显著。结合仿真结果在单缸柴油机台架上对碳烟在机油吸附和尾气排放中的分布情况进行了试验研究。试验结果表明,低扭矩工况下机油吸附碳烟颗粒的速率较为明显;在高扭矩工况下,碳烟主要从尾气中排放,机油吸附碳烟颗粒的速率较低。经计算得出两者间的分布关系,为发动机的使用提供实际指导。     

CFD耦合化学动力学模拟EGR对柴油机燃烧的影响

研究了柴油机低速部分负荷工况引入不同EGR对缸内燃烧排放特性的影响.将CHEMKIN-Ⅱ化学反应求解器集成到KIVA 3V Release 2程序中,用正庚烷化学反应机理替代柴油燃烧,建立柴油机缸内燃烧数值模拟模型;结合试验数据,模拟分析喷油时刻保持不变,EGR率(废气再循环)从0%增加到60%的燃烧过程、NOx和碳烟排放.结果表明:引入大比例EGR后点火延迟明显增长,燃烧相位推迟,燃烧温度降低;较低燃烧温度避开了NOx的高浓度生成区,EGR率60%时NOx排放比无EGR时降低93.5%;但高EGR率未使燃烧路径避开碳烟生成区,加之较低的氧浓度不利于碳烟的氧化,碳烟排放增高.     

乙炔火焰中添加H_2O/CO_2对碳烟颗粒尺寸分布的影响

基于颗粒群平衡理论,构建一维层流预混火焰中碳烟颗粒动力学演化过程的数学模型.该模型包含了颗粒的成核、凝并、表面生长和氧化等过程,采用Monte Carlo随机算法进行求解.结合详细的化学反应机理,搭建了求解碳烟颗粒尺寸分布的计算平台.分析了乙炔层流预混火焰中添加二氧化碳和水两种组分时对碳烟生成的影响,获得了0%、20%和40%3组不同添加比例下的碳烟尺寸分布.结果表明,在当量比为2.5且保持不变的情况下,添加二氧化碳和水能够有效降低碳烟的生成,其中添加40%水时对碳烟的抑制效果更加明显;同时,二氧化碳和水的添加使得大粒径碳烟颗粒数量降低.     

正丁醇——柴油燃烧碳烟前驱物的化学动力学分析

为了解正丁醇—柴油燃烧碳烟前驱物(PAHs)的形成过程,以正庚烷—正丁醇—多环芳香烃—甲苯简化机理作为正丁醇—柴油混合燃料燃烧化学反应动力学机理,应用化学动力学软件建立零维发动机模型,模拟混合燃料在不同的进气温度(303 K、363 K、423 K)和当量比(0.5、1.0、1.5)条件下发动机内正丁醇—柴油燃烧PAHs的生成规律,并与纯柴油进行比较,进一步分析加入正丁醇后碳烟前驱物减少的原因。结果表明:在不同的进气温度和当量比下,柴油中掺入20%的正丁醇(B20)时,在燃烧中期(CA50)碳烟前驱物苯(A_1)、萘(A_2)、菲(A_3)和芘(A_4)的生成均与C_2H_2、C_2H_3、C_3H_3、C_4H_3、C_4H_4和C_4H_5等燃烧中间小分子物质有关;B20与纯柴油(D100)相比,C_2H_2、C_2H_3、C_3H_3、C_4H_3、C_4H_4和C_4H_5等中间小分子物质的生成速率减慢且消耗速率较快,其负归一化反应系数要比D100条件下高0.2左右;同时,A_1、A_2、A_3和A_4的缸内生成速率和生成量也有所降低。因此,在柴油中掺入一定比例的正丁醇可以改善发动机PAHs和碳烟排放。     

脉动燃烧抑制乙炔扩散火焰碳烟排放的研究

针对乙炔燃烧高碳烟排放的问题,提出对火焰施加脉动波以抑制碳烟的生成并对抑制效果进行了研究。分析了振幅、频率、喷嘴内径、燃料流量和波形对碳烟抑制效果的影响。结果表明:随着振幅的增大,碳烟生成量明显下降;当施加频率为40 Hz、振幅为0.02 V的脉动波时,碳烟抑制率超过90%;在振幅不变的情况下,碳烟抑制率先随频率的增大而增大,在频率为40 Hz的条件下,抑制率最优,而后随频率的增大开始下降,当频率大于80 Hz时基本上不变;喷嘴内径与碳烟生成量没有明显的相关性;在其他条件不变时,采用相对较小的燃料流量,脉动对碳烟生成的抑制效果更好;在锯齿波、方波、正弦波3种波形中,方波对碳烟生成的抑制效果最好。扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)结果表明,脉动燃烧可以抑制碳烟颗粒的团聚和促进碳烟颗粒的氧化,使其颗粒变小,最终达到抑制碳烟生成的目的。因此,脉动燃烧是一种抑制碳烟生成的有效手段,可为燃烧污染控制提供参考。     

内燃机工作过程多维模型计算机仿真平台设计与实现

设计了内燃机工作过程仿真集成化PC平台.以缸内流体动力学为基础,耦合反映缸内工作过程的喷射、燃烧和碳烟生成等子模型构建了平台的多维模型;通过设置Compaq Visual Fortran软件的双精度运行环境,在PC微机上成功编译了KIVA-3V源代码;然后通过设计可视化模块,实现了平台计算与可视的集成化功能.试验分析表明:仿真平台能模拟内燃机缸内工作过程,准确反映客观物理因素对工作过程的影响,仿真误差小于5%,可以在内燃机行业推广.     

基于精细碳黑模型的柴油机燃烧模拟

为更好地预测及分析柴油机污染物碳黑的产生特性,需要开发具有广泛应用价值的碳黑模型。该文以正庚烷作为燃料模拟物质,基于正庚烷氧化的气相反应机理,及描述固相碳黑颗粒形成物理、化学过程的详细动力学模型,对直喷式内燃机工作过程中的化学反应流进行了数值模拟计算。计算得到了柴油机燃烧室内多环芳烃质量、碳黑质量、体积分数随转角的变化曲线。在一定燃烧室壁面温度条件下,得到典型的多环芳烃质量、碳黑质量、碳黑体积分数均与测试水平相符,碳黑质量随转角变化曲线也与测试结果吻合较好。     

Influence factor of diesel soot formation in diesel engine combustion predicted by multistep soot model with highlight in soot surface activity

As more strict regulations on soot emission with increasing emphasis on the emitted soot particle size have been imposed, diesel engine partially premixed combustion had been proven to achieve ultra-low NOx and soot emissions with high thermal efficiency simulta- neously, by synergy control of mixing and chemical parameters. It calls for further study in the effect of com- bustion boundaries on soot formation. In this study, soot formation characteristic was investigated by CFD code coupled with reduced n-heptane model and improved multistep soot model. History of acetylene, which is taken as the main species of PAH formation and soot surface growth, plays more important roles on soot prediction. The revised parameter of fraction of active sites αCH was introduced as the indicator of soot surface activity in diesel soot formation. The effects of combustion boundaries on soot surface activity and soot surface growth were explored in this study. When the mixture was quite homogeneous, lowered combustion temperature was the main factor for reduced soot formation due to the lowered specific surface growth rate RCH, in spite of ec/4 increasing slightly due to the slowed decay rate of surface activity. As the inhomo- geneity of the mixture was increased, more unburned hydrocarbons were produced, promoting the formation of acetylene and soot surface activity. It was the dominated reason for higher soot surface growth rate, resulted wors- ened engine-out soot. In addition, residual of CO in later combustion phase impeded the re-oxidation of soot.     

均质燃烧降低柴油机碳粒与NOx生成的研究

通过对以扩散燃烧为主的非均质燃烧与以预混合燃烧为主的均质燃烧中燃烧温度，碳粒生成、ＮＯｘ形成，以及它们之间关系的研究，发现非均质燃烧中的高温，低氧浓度区不仅产生了碳粒，而且不易迅速氧化碳粒，导致较长的高温时间促使大量的Ｎｘ生成，而均质燃烧则会同时降低碳粒与ＮＯｘ生成。     

The catalytic behavior of La-Mn-O nanoparticle perovskite-type oxide catalysts for the combustion of the soot particle from the diesel engine

The La1-xMx MnO3（M=Li, Na, K, Rb, x=0, 0.10,0.25） perovskite-type oxides whose sizes are nanoparticle have been prepared by the citric acid-ligated method. The characters of the catalysts were characterized by means of XRD, IR, SEM and BET surface area measurement. The catalytic activity for the combustion of soot particulate was evaluated by a technique of the temperature-programmed reaction. In the LaMnO3 catalyst, the partial substitution of alkali metal （Li, Na, K, Rb） into A-site enhanced the catalytic activity for the combustion of soot particle. The La0.75K0.25MnO3 oxides are good candidate catalysts for the soot particle removal reaction, and the combustion temperatures of soot particle are between 285℃ and 430℃ when the contact of catalysts and soot is loose, and their catalytic activities for the combustion of soot particle are as good as supported Pt catalysts, which is the best catalyst system so far reported for soot combustion under loose contact conditions.     

油气混合参数对柴油机低温燃烧过程的影响

应用三维CFD模拟研究了喷油和进气参数包括喷油压力、喷孔直径和进气压力对柴油机低氧浓度低温燃烧(LTC)过程的影响.结果表明:随着喷油压力增加或喷孔直径的减小,各氧浓度下缸内燃烧压力和温度峰值都增大;相同氧浓度条件下预混燃烧的强度增大,出现明显预混燃烧的氧浓度增大;相同氧浓度条件下的soot排放降低;缸内局部温度最大值增大,NOx排放增大.进气压力增大,缸内压力上升更快,但缸内平均温度略有降低,相同氧浓度下着火时刻提前,滞燃期缩短;燃烧过程中局部缺氧的状况得到改善,相同氧浓度条件下燃油的燃烧更加完全,放出的总热量更多,燃烧效率明显提高;soot峰值和最终排放值都减小,NOx生成量进一步降低.     

不同海拔条件下柴油燃烧火焰温度和碳烟特性研究

为了研究海拔条件对柴油机冷起动阶段柴油燃烧过程的影响,在定容燃烧弹台架上模拟了平原和海拔2000 m工况下柴油机缸内的热力学状态,利用双色法获取了不同工况下柴油火焰温度和表征碳烟浓度的KL因子分布. 结果表明,随着海拔由0 m增加至2000 m,环境温度、压力同时降低产生了耦合作用,导致柴油滞燃期由2.0 ms增大至3.13 ms.海拔升高后,柴油燃烧过程中平均火焰温度降低,局部高温区域消失,KL因子总量减少. 海拔条件变化影响了碳烟特性和火焰温度的关系. 随着海拔升高,火焰温度降低,导致碳烟氧化主导阶段碳烟氧化速率降低,局部火焰温度对局部碳烟浓度的影响减小.      

瓦斯爆炸炭黑结构及产生机理分析

瓦斯爆炸过程中视窗处出现的亮斑现象,分析确定为爆炸过程中产生的有高热辐射特性的炭黑。利用低温液氮吸附比表面积分析仪、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和傅里叶红外光谱等方法,分析了瓦斯浓度下爆炸产生炭黑的孔径分布和表面结构。研究结果表明,炭黑的比表面积为1.507m2·g-1（DFT）,总孔容为4×10-3cm3·g-1。SEM图像显示炭黑颗粒由大量球状物聚集体组成,直径在4~50μm。颗粒表面孔隙高度发育,部分表面有熔融烧结特征;TEM扫描结果显示形成聚集体的颗粒直径大都在100nm左右,粒子间彼此结合,形成链枝结构的炭黑聚集体,放大到8nm可以明显看到初级粒子内部有石墨状的晶格条纹;红外光谱分析结果表明炭黑颗粒内含有大量芳香烃结构,C-H、C-O结构、芳香族及取代苯官能团广泛存在。      

云南宣威肺癌高发区固体燃料燃烧排放颗粒的物理化学特征

在云南宣威肺癌高发区采集了固体燃料(煤炭、木材)燃烧排放的大气颗粒物样品,利用扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)、能量色散X射线光谱仪(energy dispersive X-ray spectroscopy,EDX)对796个颗粒物进行了分析.根据颗粒物的显微特征和化学元素组...     

长春市初冬季节大气PM10的微观形貌特征与来源分析

应用扫描电子显微镜(SEM)研究长春市区初冬季节(2015年10月)可吸入粒子(PM_(10))的微观形貌并探讨其来源。结果表明,长春市区的可吸入颗粒物主要有:烟尘集合体、燃煤飞灰、矿物颗粒及未知颗粒,其中雾霾天气下以烟尘集合体和燃煤飞灰为主。长春市周边及邻近省份地区农业生物质燃烧是初冬季节雾霾天气下PM_(10)的主要来源。