预混火焰中温度对碳烟表面官能团和氧化活性的影响

基于甲烷/氧气预混火焰燃烧系统及毛细管取样技术,采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)和热重分析技术(TGA),研究了火焰温度对碳烟颗粒表面官能团相对含量和氧化反应活性的影响规律.结果表明:随着火焰温度的升高,碳烟颗粒表面脂肪族碳氢官能小(aliphatic C—H)的当量峰高比IC—H/IC=C减小,含氧官能团(C—OH和C=O)的摩尔分数也减小,表明碳烟颗粒表面官能团的相对含量随火焰温度的升高而降低;碳烟颗粒氧化反应特征温度和表观活化能都随火焰温度的升高而增大,表明较高的火焰温度产生的碳烟颗粒的氧化反应活性较低;碳烟颗粒表面官能团的含量与其氧化反应活性有直接关系,表面官能团含量越少,其氧化反应活性越低.     

颗粒物氧化催化转化器对柴油机排放的影响研究

在发动机台架上对一台装有颗粒氧化催化转化器(particulate oxidation catalyst,POC)的重型柴油机进行了常规气态污染物和颗粒物粒径分布与成分的排放特性试验。利用废气分析仪测量POC前后柴油机的常规气态污染物,利用ELPI分析颗粒物数量粒径分布,采用聚四氟乙烯滤膜采集POC前后颗粒物,并对POC前后的颗粒物质量与成分进行分析。研究结果表明:POC对HC、CO和PM排放降低作用显著。在发动机工作范围内,POC对HC的平均转化效率为54%;在大部分工况对CO的转化效率都在85%以上;对NOx基本上没有影响;对NO2和NO之间的比例影响非常大,使NO2排放增长了三倍以上;加装POC后颗粒物数量的平均降低率为49.0%,PM质量比排放量降低了45.2%~89.0%,PM中干碳烟部分减少41.7%~93.3%,SOF部分减少7.8%~97.7%。     

纤维素焦低温氧化过程中表面官能团的演变及K的影响

采用纤维素和添加KCl的纤维素制焦,通过原位漫反射傅里叶变换光谱(DRIFTS)对焦表面官能团特别是羰基官能团进行分析,研究纤维素焦在等加热速率和恒温条件下的低温氧化特性及K的影响.结果表明,随着温度和时间的增加,氧化作用表现为生成更多的羰基官能团(1900~1500cm~(-1)之间).K对焦表面官能团的演变有明显影响.等加热速率下羰基官能团强度增加明显,含K焦的每个含氧官能团增加都比无K焦的少;等温分析表明,在120℃和180℃下恒温氧化时,含K焦形成的羰基官能团也比无K焦的少.     

排气再循环对柴油机颗粒官能团的影响

通过对不同EGR率、EGR废气组分以及EGR温度下产生的颗粒进行采集,采用X射线近边吸收光谱(NEXAFS)技术,研究了EGR对柴油机颗粒官能团的影响.通过分析颗粒的NEXAFS谱线特征,确定了颗粒中官能团的主要组分,采用分峰拟合方法,考察了EGR对官能团相对含量的影响规律.结果表明:柴油机颗粒中碳官能团主要分布在近边能量为284~292,e V范围内,呈典型石墨结构,主要包括不含氧的芳香基碳和石墨碳官能团,醌类、羧基、羰基和酚/酮类等含氧官能团以及脂肪族C—H官能团;随着EGR率增加,颗粒中不含氧官能团逐渐降低,含氧官能团以及脂肪族C—H官能团呈升高趋势,说明EGR对于提高颗粒的氧化活性具有一定促进作用.废气中的CO_2增加了颗粒中含氧和脂肪族C—H官能团,降低了不含氧官能团,N2对官能团的相对含量影响不大;EGR温度增加,颗粒中不含氧官能团增加明显,含氧官能团以及脂肪族C—H官能团均有所降低.     

高温下煤焦表面含氧官能团对NO_煤焦还原反应的影响

在固定床反应器上考察了高温下不同氧浓度气氛下NO-煤焦还原反应的还原效果,并采用XPS分析了不同氧浓度预处理后的煤焦表面的含氧官能团.研究结果表明,高温下氧气对于NO-煤焦还原反应依然有显著的促进作用,也同样存在临界氧浓度(0.25％)的现象,比低温下临界氧浓度(1％)有所提前.由XPS分析结果发现,高温下氧气对煤焦表面的影响是产生促进NO还原的表面含氧官能团(C(O)),适量的氧气浓度能形成饱和的C(O)活性位,使得还原效果达到最佳.随着温度的升高,C(O)的总量略有减少.有可能是温度过高致使煤焦表面的C(O)极易达到饱和,多余的氧气以O的形式排出.     

EGR对生物柴油颗粒物微观结构及官能团的影响

为研究废气再循环(EGR)对柴油机燃用生物柴油(B0、B20)排放颗粒微观结构及表面官能团的影响,通过一台4缸共轨柴油机进行台架试验.对采集后的颗粒物进行拉曼光谱和红外光谱分析.结果表明:相比B0颗粒,B20颗粒物的拉曼光谱D1峰半高宽略有增加,化学异相性增强,ID1/IG增加,石墨化程度降低,平均微晶尺寸减小;随着EGR率增加,D1峰半高宽减小,颗粒化学异相性逐渐减弱,颗粒石墨化程度增加,当EGR率从0增加至15%和25%时,B0、B20颗粒ID1/IG分别降低3.8%、9.2%和6.6%、8.0%,颗粒初级碳粒子平均微晶尺寸分别增加3.9%、10.1%和7.2%、8.7%;与B0颗粒相比,B20颗粒样品中IC-H/IC=C增加,脂肪族C-H官能团相对含量增加;随着EGR率增加,颗粒样品中IC-H/IC=C降低,脂肪族C-H官能团的相对含量减少.     

颗粒粒径对煤表面羟基官能团的影响

利用FYIR漫反射光谱分析及光谱分峰程序,研究了颗粒粒径对铁法烟煤表面羟基官能团的类型和含量的影响.实验研究得出铁法烟煤表面主要羟基类型是自由羟基、羟基氢键、羟基-π氢键、醚氢键和羟基-N氢键以及它们的变化规律,随着煤样平均粒径的减小各羟基官能团吸收强度增强,表明各表面羟基官能团含量随粒径减小而增大,尤其是对于羟基-π氢键、羟基氢键、醚氢键这3种表面羟基官能团,粒径对它们含量的影响更为明显.这些变化是机械力化学作用程度不同的结果.     

活塞温度对汽油机颗粒物排放的影响

为降低直喷汽油发动机的颗粒物排放,分析颗粒物产生原因,改进活塞冷却喷嘴结构,设计活塞冷却喷嘴控制策略,研究冷起动阶段活塞温度对发动机颗粒物排放的影响。结果表明：根据机油温度控制活塞冷却喷嘴的开启,在冷起动阶段减少活塞与机油的换热,使活塞温度快速提升,缩短暖机时间,使混合气在活塞温度较高时燃烧,大幅度降低颗粒物排放。     

DOC对柴油机颗粒物排放影响的试验研究

基于柴油机台架试验,在一款柴油机上加装了DOC装置,研究了DOC前后颗粒数量浓度、DOC前后颗粒SOF含量和活化能变化趋势。研究结果表明:DOC能降低核模态颗粒数量浓度和积聚态颗粒数量浓度,但随着转矩增加,DOC反而会使积聚态颗粒数量浓度增加。DOC对颗粒总数量浓度的影响随柴油机转矩的增加呈现先降低后增加的趋势。在转矩为50N·m和100N·m工况下,DOC能使颗粒SOF组分含量降低,使颗粒的表观氧化活化能升高。此外,排气颗粒的表观氧化活化能随SOF含量的增加整体上呈下降趋势。     

表面含氧官能团对煤成浆性的影响

选取了七种不同变质程度的煤种进行制浆实验,并通过红外光谱和X射线能谱分析不同煤种表面的含氧官能团,研究煤表面官能团对煤成浆性的影响。研究结果表明,随着煤阶的增加,煤表面芳香烃的含量增加,羟基OH、羧基COOH、共轭CO等含氧官能团的含量降低。煤表面含氧官能团越低,导致煤表面亲水性越弱。在水煤浆中,亲水性越弱的煤颗粒表面束缚的水越少,起润滑作用的自由水就越多,有利于浆体的流动,煤的成浆浓度越高。因此,随着煤阶增加,煤的成浆性越好。     

生物柴油颗粒表面含氧官能团及氧化活性研究

为研究生物柴油颗粒物表面含氧官能团相对含量与氧化活性的关系,在电控高压共轨柴油机上进行台架试验并采集颗粒物,分别利用X射线光电子能谱仪(XPS)和热重分析仪(TGA)对柴油、大豆油甲酯、棕榈油甲酯和地沟油甲酯颗粒物进行分析.结果发现:颗粒物表面主要为C元素与O元素,生物柴油颗粒物表面O元素与C元素的摩尔质量比n(O)/n(C)比柴油颗粒高40.4%～48.9%.生物柴油颗粒表面含氧官能团相对含量高于柴油颗粒,其中C—OH官能团相对含量变化更为明显,而C=O官能团相对含量在1%左右.相比于柴油颗粒,大豆油甲酯、棕榈油甲酯和地沟油甲酯颗粒的无序化程度(sp3/sp2)分别增加了54.5%、59.1%和68.2%,表观活化能分别降低了22.4%、23.2%和26.6%.生物柴油颗粒的起燃温度Ti、燃尽温度Te和氧化速率峰值温度Tp更低,颗粒物表面含氧官能团相对含量、无序化程度和氧化活性均随着生物柴油氧质量分数增加而增大,随着碘值增加而减小.     

灰分对柴油机颗粒物捕集器性能的影响

为了降低灰分对柴油机颗粒物捕集器(DPF)性能的影响,建立了DPF灰分和碳烟的数学模型,研究了灰分量、碳载量和灰分分布形态等多个因素对多种DPF性能的影响.结果表明:非对称孔结构(ACT)DPF增加了进/出口孔径比例有利于降低压降,但不利于捕集效率的提高;碳烟层的捕集效率高于灰分层,对称结构捕集效率高于ACT结构,低孔隙率捕集效率高于高孔隙率;灰分分布系数增加,DPF压降和捕集效率均上升,灰分分布系数对ACT结构DPF的影响小于对称结构;ACT结构有利于提升DPF容灰能力,延长清灰周期,提高经济性.     

硫含量对配备POC的柴油机颗粒物排放影响研究

为研究颗粒氧化型催化器(particle oxidation catalyst,POC)装置对柴油中硫含量的适应性,选取硫含量分别为350×10~(-6)和50×10~(-6)的两种车用柴油,在柴油机上进行排放试验,并进行颗粒物中的离子成分分析。试验结果表明:采用POC技术进行排放控制的柴油机使用高硫柴油有可能大幅度增加排气颗粒物中硫酸盐排放,从而大幅度增加颗粒物的质量排放,增加的硫酸盐的质量等效H_2SO_4·7H_2O的质量;柴油的硫含量对NO_x排放的直接影响很小;改进POC系统中柴油氧化催化剂(diesel oxidation catalyst,DOC)的配方,如减少催化剂中贵金属的使用量,以减少SO_2转化为硫酸盐的比例,能有效降低使用高硫柴油柴油机的颗粒排放。     

氧化膜的生长对管壁温度和氧化膜温度的影响

管壁温度是评估电站锅炉受热面的热效率和锅炉安全运行的重要参数,根据传热学理论并利用L-M经验公式对管道的传热过程进行了研究,建立了具有氧化膜的受热面管道传热的数值模型,并对某再热器管道的传热过程进行计算,得到了管道各个界面温度与氧化膜厚度随着管道运行时间的变化趋势,定量地解释了管道各个界面温度随时间增长的原因,提出了氧化膜增长的敏感系数.     

经过低温等离子体后柴油机颗粒物氧化反应机理函数的确定

以热重试验结果为基础,研究了被捕集到低温等离子体发生装置极板上的柴油机颗粒物的氧化反应机理函数。采用Malek法,将试验结果与常用的固体反应机理函数获得的曲线、经验公式(empirical formula,EF)拟合的曲线进行对比。研究结果表明:常用的固体机理函数获得的标准曲线、反应速率曲线与试验结果一致性较差;加热速率分别为5、10、20K/min时,通过EF经验公式拟合得到的反应速率曲线与试验得到的反应速率曲线基本重合,且相关系数分别为0.968 1、0.992 4、0.990 4。以加热速率为10K/min得到的幂指数确定的颗粒物氧化反应机理函数为f(α)=α-0.29(1-α)1.54[1-ln(1-α)]3.93。三种不同的加热速率条件下,由该机理函数获得的标准曲线与试验曲线变化趋势十分相似,可以较为准确地反映柴油机颗粒物的氧化反映机理。在不同加热速率条件下得到的指前因子lnA与活化能E保持了很好的线性关系,满足公式lnA=0.136E-7.015,相关系数为0.994。     

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.     

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。     

活塞环温度对柴油机机油耗的影响分析

柴油机机油耗是发动机重要性能之一,低机油耗可以在减缓发动机排放的同时提高其运行效率;但是运行温度过高的工况会使润滑油的质量下降甚至失活,影响柴油机工作效率,产生恶化排放等问题。利用EXCITE PistonRings软件建立车用柴油机机油耗的计算模型,通过在一个温度界限内按相同步长改变活塞环工作温度模拟计算柴油机机油消耗量,研究有利于降低机油耗的运行温度用于指导改进设计工作。正确的改进活塞环运行的温度可以使机油消耗达到良好状态,提高热效率,降低排放,对车用柴油机产生较为积极的影响。     

进气温度对直喷式柴油机有害物排放量的影响

本文通过在一台车用高速直喷式柴油机上进行的试验研究，较详细地讨论了进气温度对柴油机排放量等参数的影响．研究结果对于增压中冷柴油机的开发和设计等具有重要的指导意义．