O_2/CO_2气氛下碳烟氧化的反应动力学研究

利用热重分析对典型碳烟在O_2/CO_2气氛下氧化的动力学特性进行研究,对比了其与O_2/N_2气氛下的差异,并重点考虑了O_2体积分数的影响,建立了富氧燃烧条件下碳烟氧化反应的表观活化能E和频率因子A与O_2体积分数的定量关联机制.结果表明:与O_2/N_2气氛相比,O_2/CO_2气氛下碳烟氧化的起始和结束温度均较高,综合反应指数降低;O_2/CO_2气氛下,随着O_2体积分数增大,碳烟氧化的TG-DTG曲线向低温区移动,起始和结束温度均降低,最大失重速率增加,综合反应指数显著提高;碳烟氧化反应的E与A之间总是存在显著的"动力学补偿效应",当O_2体积分数低于20%时,E和ln A均与O_2体积分数呈正相关,而当O_2体积分数高于20%时,E与A随O_2体积分数的变化不显著.     

废气再循环成分对扩散燃烧中碳烟形成影响的研究

通过测量对置射流扩散火焰中开始形成碳核时的临界气动变形率Kp和同轴扩散火焰碳烟的体积浓度，当燃烧废气的主要成员CO2和N2加入到燃料气流及形成扩散火焰的空气流中时，对碳烟生成到排出各过程的影响进行了实验研究。通过适当的火焰温度调节，研究了它们在碳烟生成各过程中的化学作用。结果显示，废气再循环成分CO2和N2对扩散火焰碳烟生成的各个过程并无增加碳烟排放量的作用，反而遏止碳烟的成核和聚合长大，这两种成分对碳烟的氧化，也没有十分明显的不利影响。     

柴油机碳烟低温燃烧(氧化)过程及其动力学参数的研究

利用固定床反应器,对标致 雪铁龙汽车公司提供的两种碳烟,在水蒸汽存在的情况下进行了低 中温燃烧(氧化)反应。进而经过数值计算和数学模拟,得出了燃烧反应的动力学参数。对于形成CO的反应,指前因子k0介于(1 55×104～3 40×107)s-1之间,活化能E介于(127 86～188 23)kJ·mol-1之间;对于形成CO2的反应,k0介于(1 68×103～4 18×105)s-1之间,活化能E介于(89 38～181 46)kJ·mol-1之间。这一结果可能为碳烟治理提供可资借鉴的基础数据。     

车用轻柴油性能对柴油机燃烧及碳烟排放的影响

从柴油的性能着手,详细论述了不同柴油性能对柴油机燃烧及对碳烟排放的影响。并介绍了能改善柴油机燃烧性能和降低碳烟排放的燃油技术。     

铋取代对LaMnO_3催化剂的结构和催化碳烟燃烧性能的影响

采用柠檬酸溶胶法合成了一系列LaMn1-xBixO3(x为0,0.1,0.2,0.3,0.4)钙钛矿型催化剂,通过X射线衍射(XRD)、比表面积测定(BET)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、程序升温还原(H2-TPR)和程序升温脱附(O2-TPD)手段对催化剂的物理化学特性进行了表征.采用热重分析法(TG/DTA)研究了铋(Bi)金属的取代对催化剂催化去除碳烟活性的影响.研究结果表明,Bi取代导致催化剂样品中Bi0.775,La0.225,O1.5氧化物的形成,并随着Bi取代量的提高该氧化物的量逐渐增多.相对于LaMnO3,金属Bi取代提高了催化剂的比表面积、表面吸附氧含量(α-O2)以及低温氧化还原能力,因此催化剂使碳烟燃烧的催化活性得到了显著的提高.该系列样品中,LaMn0.7,Bi0.3,O3样品表现出最高的催化活性,碳烟燃烧速率峰值温度(Tm)仅为394,℃.     

柴油机燃用二元煤基燃料的燃烧和碳烟排放特性

为缓解石油短缺现状并降低柴油机有害物排放,采用二元煤基燃料在1115型单缸柴油机上进行了甲醇均质混合气F-T柴油引燃燃烧试验,对比分析了不同F-T柴油供油时刻和引燃量对燃烧和碳烟排放的影响。研究结果表明:随着供油时刻由16°CA BTDC提前至24°CA BTDC,碳烟排放最高降低27%,滞燃期变长,燃烧持续期先减小后增大,放热率中心先靠近后远离上止点;随着引燃量的增加,放热率中心缓慢接近上止点,滞燃期和燃烧持续期变短,中低负荷下,碳烟排放趋于平稳,高负荷下,碳烟排放逐渐变大。通过调整F-T柴油的供油时刻和引燃量可以对燃烧和碳烟排放进行匹配优化。     

不同环境下喷雾燃烧碳烟演化历程的数值模拟

针对柴油发动机在不同负荷下碳烟排放特征的演变和发展,依据ECN喷雾定容燃烧实验中碳烟的测量数据,基于OpenFOAM开源软件喷雾燃烧求解器,耦合半经验现象学碳烟预测模型．通过Φ-T关系图呈现环境因素改变对碳烟形成及氧化各阶段的影响,分析各子过程的分布区域和演化规律,进而提出环境条件对碳烟生成及演化历程的影响机制．研究结果表明：现象学模型本身能够较好地反映碳烟的分布情况．碳烟生长主要发生在当量比Φ>3区域;而碳烟发生氧化的区域,也是OH主要分布的区间,大多位于当量比Φ<2的位置．环境温度和密度的增加初期促进了碳烟的成核,加剧了颗粒的聚并速率,使得颗粒数显著下降;而环境氧体积分数的增加抑制了碳烟颗粒数的增长和聚并速率,使碳烟整体尺寸趋于小尺寸、高密度的分布情况．     

柴油机燃烧生成芳香烃、碳烟及NO_x的化学动力学研究

在LLNL详细正庚烷氧化反应模型基础上,将苯(A1)和多环芳香烃(A2、A3、A4)的详细反应机理和NOx的生成机理加入其中形成了一个包含芳香烃和NOx的正庚烷氧化反应组合模型,并通过激波管试验验证了该组合模型。在CHEMKIN软件上运用该组合模型对柴油机燃烧反应产物中的芳香烃、碳烟和NOx进行了研究,结果表明:芳香烃的生成在Ф-T图中都呈钟形分布,随着环数的增加它们所对应的生成温度大致呈逐渐升高的趋势。利用芳香烃-Ф-T图可以较准确地预测碳烟-Ф-T图,再结合NOx-Ф-T图可以绘制出芳香烃-碳烟-NOx-Ф-T图,结果表明:芳香烃和碳烟在1 150～2 200K、当量比大于2的范围内大量生成,NOx在温度高于2 350K、当量比小于1.2的范围内大量生成。     

基于改进的详细碳烟模型的柴油燃烧碳烟颗粒物的生成特性

采用改进的详细碳烟模型,耦合了由正庚烷和甲苯组成的混合燃料的简化反应机理.在碳烟模型中,考虑了反应中生成的乙炔类异构体和多环芳香烃前驱物对碳烟颗粒成长过程的影响作用,分别以可视化发动机和单缸柴油机台架试验的结果,对详细碳烟模型预测柴油机碳炯生成和氧化过程的准确性和有效性进行了验证.结果表明,模拟得到的缸内压力、放热率曲线以及着火时刻和试验结果吻合较好,得到的碳烟浓度瞬态二维分布与采用双色法得到的试验结果较为接近,碳烟排放量的模拟值与试验值的变化趋势基本一致,因而本文的详细碳烟模型可较好地预测不同工况条件下柴油机碳烟颗粒排放的变化趋势.同时,采用提出的详细碳烟模型对柴油机内碳烟颗粒数密度和平均尺寸进行数值模拟,研究其在柴油机缸内的变化情况,结果表明,碳烟颗粒的直径在预混燃烧期和急燃期急剧增加,在缓燃期以及燃烧后期收敛于某一稳定值.     

煤粉燃烧火焰区域中碳烟的结构与行为

在25 kW的一维下行炉的煤粉燃烧火焰区域,通过两级稀释水冷等速取样系统和荷电低压撞击器(ELPI)颗粒分级系统收集碳烟颗粒,利用高分辨透射电镜(HRTEM)获取超细颗粒物中碳烟的纳米结构图像,通过纳米结构图像分析研究碳烟在火焰区域内的各种行为.结果表明,在火焰区域中形成的碳烟因其行为不同而呈现出多样化的纳米结构,包括同心圆洋葱状、胶囊状、碳纤维微晶状和碳包覆的金属氧化物等,这些纳米结构客观反映了碳烟在火焰区域内较高梯度的含氧条件和高温环境下,存在着复杂的反应机理,包括碳烟基本粒子的形成、粒子间的碰撞聚并、在碳烟形成演变过程中所发生的石墨化作用和氧化反应、以及碳烟和随同煤粉挥发分析出的有机键连接金属元素间的相互作用.     

供油提前角对直喷式柴油机喷雾、燃烧和碳粒变化历程的影响

介绍了采用同步双成像技术研究供油提前角对直喷式柴油机喷雾、燃烧和碳粒变化历影响的研究结果。研究结果表明：增大供油提前角时,着火会发生在燃油停止喷射后。停喷后着火和停喷前着火相比,其着火瞬间的喷雾场和此后的燃烧场、碳粒场的变化历程有明显不同。增大供油提前角可以减少燃烧过程前期的碳粒生成量,进而降低碳粒排放。     

进气涡流比对直喷式柴油机喷雾,燃烧和碳粒变化历程的影响

采用双成象技术研究了不同进气涡流比时直喷式柴油机喷雾、燃烧和碳粒变化历程。大量的研究结果表明：直喷式柴油机燃烧涡流从缸心向侧壁发展，更接近刚性涡特性。当涡流比高达4．5时，着火瞬间油束之间拥有空气的面积还相当多；涡流比过高，油雾和早、中期的火焰被局限于活塞凹坑内，这导致了气缸内空气利用率降低和燃烧后期碳粒增多。     

直喷式柴油机燃烧室形状对碳粒形成过程影响的试验研究

本文介绍了作者采用可视化技术和图象分析技术研究直喷式柴油机燃烧室形状对燃烧室内喷雾场和燃烧碳粒场影响的研究结果。分析了四角形燃烧室和盆形燃烧室喷雾发展历程和燃烧碳粒场发展历程，找出了四角形燃烧室碳粒排放量较低的原因。     

适用于柴油HCCI燃烧的碳烟半经验模型研究

将改进的碳烟半经验模型和简化正庚烷的化学反应机理纳入KIVA-3V程序中,以描述柴油燃烧过程中碳烟的生成和氧化历程。通过以正庚烷为燃料的激波管试验验证发现,在较宽的温度和压力范围内,该碳烟半经验模型可以相对准确地预测碳烟的生成率、颗粒直径和数密度。在定容燃烧器中典型的传统柴油机的扩散燃烧和接近于均质压燃(HCCI)发动机的预混燃烧状况下,应用此碳烟模型进一步研究了喷孔直径和喷射压力对碳烟排放的影响。结果发现模型预测得到的碳烟体积分数分布与试验吻合得较好,同时显示当控制局部当量比小于2.0时可以避免碳烟的生成。     

柴油机燃烧压力振荡的理论分析

本文在大量的实验基础上,抽象出一简化数学模型,采用线性化方法,得出理论解。理论分析结果揭示了柴油机燃烧压力振荡的本质、衰减规律及主要影响因素。     

ECPT系统对柴油机微粒和NOX排放的影响

在X195柴油机上建立以废气再循环、燃烧净化器加捕集器形成的ECPT系统。在发动机试验台架上测量了ECPT系统对柴油机排放(主要是微料、N0x)的影响。试验结果表明：在适当的废气客积比的情况下，ECPT系统很明显地降低了柴油机排气中微粒和N0x，解决了净化微粒和N0x这一对不可调和的矛盾。     

高速直喷柴油机的燃烧特性和排放试验研究

本文对一台四缸高速直喷柴油机的燃烧和排放特性进行了试验研究,分析研究了负荷及燃油喷射压力和供油提前角对该柴油机的着火延迟、瞬时放热率、NOx、CO及HC排放的影响。结果显示随着负荷及燃油喷射压力的提高着火延迟缩短、NOx排放增加;随着供油提前角的推迟NOx排放显著减少;而CO和HC的排放量与负荷及供油提前角的关系不大。     

493柴油机增压前后燃烧特性的对比分析

４９３柴油机是四角ω形直喷燃烧室的车用高速发动机,为了提高其强化指标,改善其配套能力,降低燃油消耗率和有害排放量,对该机型进行了脉冲涡轮增压改造。作者利用自己开发的微机高速数据采集和处理系统,对４９３柴油机增压前后的燃烧状况进行了测试和对比分析,得到了一些很有意义的分析结果。     

直喷式柴油机的碳烟预测模型

本文建立了一个直喷式柴油机的多区准维油滴蒸发燃烧模型,在此基础上采用Arrhenius型公式对实际过程中极为复杂的碳烟生成历程进行了模拟。在一台四冲程直喷式柴油机上对该模型进行了标定和试验验证,试验结果表明该模型对发动机变工况、变参数运行时的碳烟生成量有较好的预测能力。