柴油机排气碳烟催化氧化动力学分析

基于热重实验系统开展了柴油机排气碳烟在O2气氛下的催化氧化实验,通过Friedman-Reich-Levi(FRL)法、Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法、Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)法对碳烟催化氧化反应的动力学参数进行计算,并根据线性相关系数R2挑选出最优计算方法.利用Male...     

柴油机高密度-低温燃烧过程参数对碳烟生成影响的模拟

在发动机高、满负荷工况下,基于发动机试验和前期提出的多步现象学碳烟模型深入研究了充量密度、氧体积分数、燃烧温度以及混合气浓度等状态参数对于碳烟表面生长以及氧化作用的影响,研究表明:充量密度促进混合、增加热容的作用可以减缓碳烟表面活化程度的衰减速率,同时使碳烟表面活化程度降低;随着充量密度增加,燃烧温度以及未燃碳氢的降低有利于减少碳烟单位面积生长速率RCH,进而影响碳烟生成量降低.提高充量密度增加进气中氧气的绝对量是提高碳烟氧化速率的主要因素,这些因素共同导致碳烟排放量降低.另一方面,进气氧体积分数降低使燃烧温度降低,积累了大量浓混合气与未燃碳氢,化学动力学机理表明,这不利于未燃碳氢转化生成乙炔的过程,导致乙炔生成的最大峰值降低.由未燃碳氢化合物浓度(乙炔、UHC自由基)以及燃烧温度共同影响的RCH随着初始氧体积分数的降低呈现出减小的趋势.而浓混合气会促进碳烟表面活化程度增加.因此,RCH随着初始氧体积分数的降低呈先减小而后增大的趋势.     

直喷柴油机碳烟生成和氧化历程的数值研究

提出了研究碳烟的生成和氧化历程及工作条件影响的方法。将Surovikin碳烟生成模型和Nagle碳烟氧化模型集成在ICFD-CN源程序中构建多维模型，采用数值循环模拟的方法，根据不同的工作条件计算碳烟的生成和氧化历程。结合试验数据分析和比较进气温度、空燃比、负荷、转速和喷油提前角对碳烟生成和氧化历程的影响。研究表明：用数值模拟的方法反映了1137柴油机碳烟的生成和氧化历程以及设计参数对碳烟的生成和氧化的影响规律，对柴油机的设计具有参考价值。     

中速柴油机碳烟排放的数值模拟计算

应用AVL-BOOST软件平台的广安模型,以8230中速柴油机的降低低工况排放为算例,考核计算模型的实际应用准确性。该模型的数值模拟结果与试验结果基本吻合。利用该模型可预测喷油规律、增压压力、压缩比等参数对碳烟排放的影响,从而为预测及改善柴油机的碳烟排放提供了一种数值分析的依据。     

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。     

碳烟微粒催化氧化过程动力学分析

本主要开发了对柴油机碳烟微粒催化氧化过程的动力学分析研究。采用热重分析技术，获得了在四种不同催化剂的分别作用下，描述碳烟微粒氧化全过程听热重实验曲线，确定出其显的着火特性，运用动力学方程对热重曲线进行了数学处理，计算出对应的动力学参数，通过对比反应活化能和着火点温度，实现了对催化剂活性的有效评价与筛选。     

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。     

运行状况对柴油机碳烟排放影响的研究

本文进行发动机转速，负荷，气门间隙，喷油定时，压缩比和进气阻力等因素对直喷比柴油机碳烟排放影响的研究。结果表明，碳烟排放量随转速和负荷的增加而增加，特别是当气门间隙增大，压缩比降低，进气阻力增加时，碳烟排放量明显增加。这表明运转状况对柴油机碳烟排放有很大的影响。     

富氧燃烧与EGR对船用柴油机NO-碳烟排放和燃烧特性的影响

针对一台满足TierⅡ排放标准的船用柴油机,采用富氧燃烧与EGR相结合实现NO-碳烟排放同时降低并保证发动机功率没有损失,并探讨了实现TierⅢ排放标准的技术路线.AVLFire软件被用于建立仿真模型.研究表明,当单独使用富氧燃烧时,观察到较短的燃烧持续期、较高的缸内温度和指示功率,碳烟排放减少而NO排放恶化,而单独使用EGR时出现相反的趋势.研究发现,当发动机运行在1 350 r/min,75%负荷工况下,进气氧浓度为21%～24%,EGR率为0～25%时,上述范围内的4种组合可以实现低NO-碳烟排放且指示功率与原机基本持平.正如预期,通过富氧燃烧与EGR优化组合,可得到同时降低NO-碳烟排放低于原机的最佳优化区域.同时也发现,当超过15%的EGR率与较低的氧浓度结合时,可将NO排放降低至TierⅢ标准.     

涡流运动降低柴油机混合气浓度及碳烟排放的数值分析

为了揭示涡流运动对柴油机混合气形成及碳烟排放的影响规律，采用经过实验验证的喷雾及湍流模型，用CFD数值分析软件对某车用柴油机燃烧室内不同涡流条件下柴油喷雾的混合气浓度、速度矢量场、燃油液滴空间分布及油束特性进行了模拟计算．模拟结果表明，当涡流比从0到5．0依次增大时，过喷孔轴线的铅垂面内喷雾浓度场局部浓区燃空当量比逐渐降低，而过喷孔轴线且与铅垂面垂直的平面内喷雾浓度场局部浓区的燃空当量比则先降后升，而不是逐渐下降．只有合理选择剖切平面，即选择过喷孔轴线且与铅垂面垂直的平面，才能正确评价涡流运动对燃烧室内混合气浓度分布及碳烟形成区域分布的影响规律．组织燃烧室内气流运动，须兼顾与气缸轴线垂直的水平面内的涡流运动和过气缸轴线的铅垂面内的湍流或滚流运动．涡流比太大，铅垂面内的湍流或滚流太弱，会削弱喷雾射流对燃烧室底部空气的卷吸，降低燃烧室底部的空气利用率．随涡流比增大，射流顺涡流方向的弯曲度增大，不同喷孔的油束会发生相互干涉，在靠近气缸中心的区域内形成局部浓混合气，不利于降低碳烟排放．对具体的燃烧室结构和喷油系统，合理匹配涡流运动十分必要．     

柴油机低温火焰预混合燃烧的试验研究

柴油机实现低温火焰预混合燃烧,可降低最高燃烧压力,抑制火焰传播速度,有效地减少NOx的排放.本文通过在1135型柴油机中采用适当减少压缩比、提高喷油速率、相应推迟喷油定时、用少量燃油预喷射及乳化柴油等技术,进行了降低气缸平均燃烧温度的比较试验,获得了NOx和碳烟排放明显降低和燃油耗率得到改善的效果.     

镁在水蒸气中高温氧化的动力学特性

对镁在水蒸气中着火前的高温氧化特性和机理进行了研究.发现水蒸气中镁的高温氧化反应可以分为3个阶段:在400℃前基本不发生反应;高于400℃后为高温氧化阶段,属于表面反应;在大约500℃后可能出现气相反应,继续加热可能出现着火和燃烧.通过实验和理论分析研究了内、外扩散速率和化学反应速率量级,明确了化学反应速率是该过程的速率控制步骤.在对镁高温氧化模型进行分析的基础上,计算了镁在水蒸气中高温氧化阶段的动力学参数.     

EGR率对柴油机低温燃烧滞燃期影响的试验研究

根据缸内压力求得缸内平均温度和放热规律,分析了进排气系统的O2体积分数、燃烧始点、喷油始点和终点的温度、压力对低温燃烧早喷射和晚喷射两种情况下滞燃期的影响,早喷射和晚喷射一样随着废气再循环(EGR)率的增大而延长了滞燃期。早喷射的滞燃期要短于晚喷射的滞燃期,因此为了能够让空气与燃油有更多的时间混合,早喷射比晚喷射需要更大的EGR率。但随着大量EGR的加入,过量空气系数不能反映混合气中O2体积分数,滞燃期与混合气温度、压力和O2体积分数有关,在影响低温燃烧滞燃期的因素当中,温度对滞燃期的影响最为明显。     

瞬态EGR对柴油机低温燃烧切换平顺性影响

针对传统燃烧(CDC)与低温燃烧(LTC)双模式柴油机在燃烧模式切换过程中出现的平均指示压力(IMEP)波动、发动机工作平顺性差的问题,基于自主设计开发的单缸柴油机,进行了燃烧模式切换过程瞬态废气再循环(EGR)影响研究.研究表明:燃烧模式切换过程中EGR率变化与燃油喷射变化不同步是造成IMEP波动的主要原因,在110...     

某柴油机碳烟排放改善研究

从柴油机碳烟形成机理入手,分析了某柴油机黑烟较重的原因.对影响碳烟的敏感参数进行重点分析,提出了改进技术措施,并完成了性能仿真与试验验证,取得了较好的效果.     

小缸径直喷式柴油机喷雾,燃烧和碳粒生成过程试验研究

本介绍了作采用同步高速摄影技术和图象分析技术研究柴油机缸内碳粒生成和氧化过程的研究结果。研究结果表明：在柴油机燃烧过程中碳粒最早出现在燃烧室内有空气渗混的富油区；速燃期内高温富碳燃烧区的形状与着火前一时刻喷雾场的形状相吻合；富油区大直径油滴的燃烧裂解和活塞顶隙处外溢燃气的低温燃烧是柴油机产生碳烟微粒排放的主要原因。     

柴油机燃用二甲醚的燃烧特性

对直喷式柴油机燃用二甲醚的燃烧特性进行了研究,测量了示功图和油器针阀升程,计算了燃烧特性并与燃用柴油进行对比。结果表明,与柴油相比,发动机燃用二甲醚时的喷油延迟期延长,滞燃期缩短,最高爆发压力和最大压力升高率均低于柴油机。研究表明发动机燃用二甲醚具有良好燃烧特性。     

原煤低温空气氧化法预脱硫影响因素的实验研究

针对4种不同煤种的高硫煤，在固定床反应器中考察了原煤空气气氛低温氧化预脱硫过程的影响因素，包括煤种（总硫含量、形态硫分布和挥发分含量）和化学反应条件及传质条件（温度、停留时间和颗粒粒径等），处理前后的样品中硫形态根据GB/T215-1996分析，硫和碳的含量分析用LECO SC-444定碳定硫仪测试。实验结果表明，反应条件和煤种是影响硫析出的两类因素，煤中黄铁矿硫在400℃停留10min时，均可达到50％的脱除率，最高达到80.08％。对于高挥发分的煤，宜选择低的转化温度，较短的停留时间，并适当增加颗粒粒径，以控制高的碳和热量损失；对于低挥发分的煤，可增加反应温度和停留时间，相应降低颗粒粒径以增加硫析出率。400℃停留10min操作条件下，大同半焦中硫含量从原煤中的1.48％可降至0.62％，此时碳和热值损失分别为13.64％和16.22％。在500℃停留10min操作条件下，阳泉半焦中硫含量从原煤中的1.59％降至1.07％。     

柴油机混合气形成条件对瞬态火焰温度和碳烟质量浓度影响的研究

进气涡流强度、喷嘴的喷孔直径与个数、喷油压力等直接影响直喷式柴油机燃烧室内混合气形成与燃烧过程的进行，从而影响柴油机的动力性、燃油经济性和碳烟排放。作者用同步光导纤维四色法测量系统，研究了进气涡流、喷孔直径和个数对燃烧过程中火焰温度和碳烟浓度的影响。本文介绍的是所进行的研究工作和得到的结果。     

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。