基于分形理论和热重分析的柴油机颗粒物物理特性研究

应用场发射扫描电镜(FESEM)和热重分析仪(TGA)等仪器及分形理论,研究柴油机高低负荷工况下不同粒径级颗粒物的表观形态及对有机可溶成分(SOF)吸附能力的影响。研究结果表明:高负荷工况下,随粒径级减小,SOF含量从20.31%增长到37.90%。由分形理论计算得到的盒维数亦对应地呈现增大趋势,而在相同粒径级下,由于低负荷工况时吸附较多的SOF使颗粒物粘结更紧密,其盒维数也大于高负荷工况。     

船用柴油机颗粒物排放特性研究进展

介绍了船用柴油机排气颗粒物的化学组成、形成机理,二冲程柴油机和四冲程柴油机的颗粒排放特性差异,以及燃油硫含量对船用柴油机颗粒排放的影响,并结合这些特性分析了颗粒物的控制策略。     

带电颗粒物在柴油机颗粒物检测装置中的运动特性

为了研究带电颗粒物在柴油机颗粒物检测装置中的运动特性,建立了气相、电场及颗粒物相耦合模型,以COMSOL Multiphysics软件为工具对模型求解,得到了柴油机颗粒物检测装置内部带电颗粒物的运动轨迹、速度特性及受力情况。结果表明:在电场力的作用下带电颗粒物会向接地极板方向运动,在轨迹上出现运动偏移,在电离-荷电区施加高电压,静电捕集区施加方波电压时,可在测量区出现方波电流,实现颗粒物浓度转化;在电离-荷电区和静电捕集区附近颗粒物运动速度较慢且稳定,实现了在电离-荷电区颗粒物充分荷电,并保证在静电捕集区部分颗粒物可被捕集;在电离-荷电区和静电捕集区,颗粒物受电场力和拖拽力共同作用运动,拖拽力随入口流速增加而略有增大。     

燃料特性对柴油机排放颗粒物理化特性影响的研究

机动车尤其是柴油车颗粒物是大气PM2.5的重要来源,建立燃料特性与颗粒物之间的内在联系,从燃料角度控制柴油机颗粒物排放十分重要.笔者选取了多种理化特性不同的适用于压燃式发动机的燃料,采用SMPS、HRTEM、TGA、热光碳分析仪和GC-MS等测试仪器,系统研究了燃料特性,如硫含量、芳烃含量、氧含量及其他物性参数等对排放颗粒物理化特性的影响,旨在建立燃料特性与颗粒粒径分布、纳米结构、氧化活性及化学组分之间的内在联系,为机动车PM2.5的排放控制提供科学参考.     

空燃比对柴油机颗粒物排放特性的影响

在一台单缸柴油机上利用TSI 3090 EEPS(发动机排气粒径分析仪)测量不同空燃比下柴油机尾气颗粒物粒径分布。结果表明:随着空燃比的降低,颗粒物数量浓度、质量浓度、表面积浓度和体积浓度随之增大,粒径分布向大直径粒子方向偏移,核态粒子减少,积聚态粒子增加。     

基于分形理论的泥岩填料渗透特性研究

泥岩作为一种水敏性较强的填料,其渗透特性变化严重制约着工程结构的安全。采用对照试验方式,设计5个级配梯度,通过自主设计渗透试验仪对泥岩填料进行渗透变形破坏试验,对比泥岩填料击实破碎分形变化特征,分析填料渗透性与级配结构的相关性。结果表明,击实前后填料级配由不良变为良好,分形维数由2.23～2.51增至2.44～2.57,分形曲线分布特征与粒径累计曲线变化特征一致,分形维数可作为评价级配特征的量化指标;不同试样的渗透系数具有相同数量级(10^-6cm/s),仅数值有所差异,部分试样发生渗流破坏;分形维数与渗透系数具有二次项函数关系,渗透系数峰值点及其相近邻域对应维数(维度2.525)的试样易发生渗流破坏。     

柴油机排放颗粒物的观测及分析

本文是在一台单缸柴油机上,采用电子显微分析仪对排放颗粒物进行观测和分析,并对柴油机排放颗粒物产生的原因进行了探讨,进而提出了控制柴油机排放颗粒物的研究方向。     

柴油机排放颗粒物的观测及分析

本文是在一台单缸柴油机上 ,采用电子显微分析仪对排放颗粒物进行观测和分析 ,并对柴油机排放颗粒物产生的原因进行了探讨 ,进而提出了控制柴油机排放颗粒物的研究方向。     

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.     

柴油机颗粒物中多环芳香烃排放特性研究

基于均匀设计法设计柴油机台架实验方案,利用气相色谱质谱联用(GC/MS)系统对颗粒物样品进行定性定量分析,得出柴油机颗粒物中多环芳香烃成分主要有芘、荧蒽、菲、苯并(e)芘、苯并(a)蒽、苯并(b+k)荧蒽、蒽、苯并(a)芘、屈等。利用二次多项式逐步回归法对检测数据进行处理分析,得出多环芳香烃排放特性,其变化趋势与柴油机HC排放规律存在差异,并且芘、荧蒽、菲、苯并(e)芘、苯并(a)蒽、苯并(b+k)荧蒽、蒽、苯并(a)芘、屈等化合物排放量最大峰值分别为37.96mg·m-3,19.35mg·m-3,15.51mg·m-3,2.98mg·m-3,1.88mg·m-3,1.67mg·m-3,1.09mg·m-3,0.97mg·m-3,0.59mg·m-3。构建柴油机颗粒物中多环芳香烃排放源系数P,并计算出P值的范围为0.5~2,为判别城市空气中多环芳香烃是否来源于柴油机颗粒物中多环芳香烃提供依据。     

直喷式二冲程柴油机超细颗粒物排放特性的试验研究

研究了直喷式二冲程柴油机的超细颗粒物排放特性,考察了负荷、转速、喷油嘴孔径以及燃料对排气中超细颗粒物数量浓度以及质量浓度的影响。研究结果表明:在不同的工况下,超细颗粒物的数量浓度和质量浓度没有明显的相关性;随着负荷的增大,排气中超细颗粒物的质量浓度增大,而数量浓度不一定增大;在低负荷时,排气中颗粒物数量浓度在450r/min时明显高于750 r/min,高负荷时则相反;在选择喷油嘴时,喷孔小的超细颗粒物排放水平不一定好;柴油中加入一定量的DMC,则排气中颗粒物数量浓度在低负荷时明显高于柴油,高负荷时低于柴油;而质量浓度明显低于柴油。     

柴油机漏电流式颗粒物传感器可靠性分析与优化

针对柴油机漏电流式颗粒物传感器的基本原理和控制策略,利用发动机台架试验提供的环境边界进行大量有限元模拟,验证了传感器在响应阶段长期工作的可靠性。研究柴油机标定工况恶劣的尾气环境对传感器局部温度和热应力的影响时发现外界对流传热系数的增加利大于弊。发动机冷起动阶段传感器的热应力先增大后减小,加热功率约为60W时可以保证传感器安全快速地进入响应阶段。     

柴油机碳烟缸内氧化特性的研究

测量了缸内碳烟基本粒子粒径分布、纳观结构参数,计算了柴油机燃烧过程中碳烟颗粒氧化速率．采用拉曼光谱分析了碳烟颗粒石墨化程度与纳观结构参数的关系．结果显示,基本粒子纳观结构参数与发动机运行工况有关,且在燃烧过程中是变化的,并对碳烟颗粒的氧化活性存在影响,其中主要是微晶长度的影响．缸内碳烟实测氧化速率与Nagle／Stri...     

基于分形理论的内燃机噪声信号分析

提出了基于分形的内燃机噪声信号的内燃机故障诊断方法。根据分形理论的G-P算法,阐述了内燃机噪声信号分形关联维数的计算方法,并对维数计算过程中参数的选取进行了详细的论述。通过对实际测量的内燃机噪声信号的关联维数计算分析,证明了内燃机噪声信号的分形特性。计算结果表明:内燃机噪声信号关联维数随内燃机工作状况改变有明显的变化,可作为内燃机工作状态监测和故障诊断的一个特征量。     

基于PLS的喷油参数对共轨柴油机颗粒物排放特性影响研究

基于偏最小二乘法(partial least-squares regression,PLS)对影响高压共轨柴油机颗粒物排放特性的多次喷油参数进行了回归分析,研究了轨压、主喷正时和预(后)喷间隔、预(后)喷油量各喷油参数对柴油机颗粒物数量浓度、核态颗粒物数量浓度比例和颗粒物粒径分布形态等颗粒物排放特性的影响力度、影响方式和解释能力。研究结果表明:主喷正时、轨压、预(后)喷油量、预(后)喷油间隔均会对共轨柴油机的颗粒物排放特性产生不同显著水平的影响。主喷正时提前能够降低颗粒物数量浓度,低转速时主喷正时提前会提高核态颗粒物比例,中高转速反之;提高轨压会使得颗粒物数量下降,核态颗粒物数量比例上升;提高预喷、后喷油量会导致颗粒物数量浓度上升,核态颗粒物数量比例下降。各喷油参数使得核态颗粒物的比例上升在颗粒物粒径分布图中的表现为小粒径峰值与大粒径峰值之间的差变小,分布曲线由双峰分布更趋向于单峰分布。     

柴油机排气颗粒物的力学特征与空间结构

采用原子力显微镜与小角X射线散射分析了单缸柴油机排气颗粒的结构和力学特征.结果表明:柴油机排气管温度为514、310和105,℃测点时,颗粒的黏附力分别为3.75、4.11和4.38,n N,黏附能为1.63×10-16、1.68×10-16和1.79×10-16,J.排气颗粒的力学特征差异明显,颗粒间吸引、黏连作用增强,颗粒的黏附力Fad与黏附能Wad增大,能量势垒升高.颗粒的散射强度减弱,散射曲线凸起区域特征矢量值qT与qmin减小,团聚体尺寸增大,截面平均孔径、轴向长度、回转半径和分布分维数减小,孔隙数量浓度和孔径减小.可以看出,排气颗粒当量粒径的增大导致颗粒间吸引作用增强;随着排气管温度的降低,有机物与水分不断吸附,颗粒团聚体的孔隙数量浓度、散射特征矢量和孔隙半径等空间结构参数减小,颗粒紧密团聚,致密度增大.     

GW4D20轿车柴油机颗粒物捕集器压降特性仿真分析

本研究用三维CFD软件AVL FIRE对GW4D20轿车柴油机微粒捕集器(DPF)的压降特性进行分析.研究因素为:发动机稳态工况的排气温度和排气流量、载体目数、载体壁厚、初始碳烟加载量对DPF载体压降的影响.得出:在发动机稳态工况下,随着排气质量流量和温度的增加,DPF的压降水平随之增加,DPF的压降增长速率随着温度的增长呈现先增大后减小的趋势;当DPF载体的目数和壁厚增加时,DPF压降逐渐增加;随着初始碳烟加载量的增加,DPF的压降逐渐增加,碳烟在DPF载体中的积累所带来的压降损失是DPF压降形成的主要因素.     

柴油机颗粒物热重参数优化选择及其氧化特性研究

探究了柴油机颗粒物中可溶有机成分(soluble organic fraction,SOF)及热重参数对碳烟氧化特性的影响,并基于Coats-Redfern算法得到不同升温速率下碳烟的氧化动力学参数。研究结果表明:在碳烟缓慢氧化阶段,柴油机颗粒中SOF组分阻碍了碳烟氧化反应的进行,而脱SOF后碳烟比表面积增大,更利于氧化反应的进行。与脱SOF前相比,脱SOF后相应的氧化特征温度均有所降低,因而颗粒物去除SOF后的热重试验更能反应碳烟的氧化动力学特性。通过比较试验,确定进样量、工作气流量和升温速率等热重参数的优化取值,其中升温速率对碳烟氧化燃烧反应的影响显著。随着升温速率增大,碳烟氧化反应出现滞后现象,其特征温度升高且最大失重率峰值降低,而升温速率对碳烟热解程度和氧化反应温度区间大小无明显影响。通过对比分析,低升温速率(3℃/min)条件下扩散控制可以忽略不计,氧化特征温度重复性最好。不同升温速率下碳烟燃烧反应动力学参数活化能E和指前因子A之间存在动力学补偿效应,E与A均随升温速率的降低而减小。     

柴油机颗粒物催化状态热重特性及热动力学分析北大核心CSCD

在加入触媒Co3O4及CeO2情况下,对柴油机颗粒物在10.3%氧质量分数氛围下的氧化特性进行热重分析试验,并基于Flynn-Wall-Ozawa算法得到颗粒物干碳烟成分的氧化活化能。研究结果表明:柴油机颗粒物的失重主要由低温区SOF的挥发及氧化与高温区碳烟的氧化两阶段组成,试验样品颗粒物中2种组分含量分别约为32%和63%。触媒主要促进碳烟组分的氧化过程,对SOF的挥发及氧化影响甚微。以未添加触媒的颗粒物热重特性为参照,按触媒(Co3O4和CeO2)10%、15%、20%质量分数增大的趋势,碳烟氧化的起燃温度、失重速率峰值对应的温度和燃尽温度均随之降低,且最大失重率增加;添加Co3O4和CeO2后颗粒物的峰值失重速率分别低于和高于基础参照对象。触媒的加入可明显降低颗粒氧化的活化能,在分别添加10%和15%Co3O4后,颗粒氧化活化能由215.8kJ/mol分别降为190.2kJ/mol和167.8kJ/mol。