柴油机燃用正庚烷及柴油时多环芳香烃与碳烟的演化规律

基于电控燃油喷射柴油机的全气缸取样系统,使用气相色谱-质谱联用仪及程序升温大体积进样方法,对柴油机燃用正庚烷和柴油过程中缸内多环芳香烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)和碳烟的演化规律进行了试验研究.结果表明:在燃烧过程中,芘、苯并[a]芘质量随曲轴转角呈单峰变化,萘、芴质量随曲轴转角呈"S"型变化趋势(先降低后升高再降低);碳烟的生成趋势与缸内温度呈较好的一致性,且碳烟与芘随曲轴转角具有相似的单峰状质量变化趋势,只是碳烟峰值出现的时刻稍有滞后.此外,正庚烷与柴油在柴油机中燃烧时生成的PAHs与碳烟具有相似的演化规律.     

基于详细模型汽油替代燃料碳烟生成特性分析

基于矩方法算法和预混火焰程序,实现一维预混火焰中汽油替代燃料燃烧生成碳烟的详细数值模拟.其中气相详细模型为包含多环芳烃(PAHs)生成机理的多组分汽油替代燃料反应动力学模型,详细碳烟颗粒相模型包含成核、凝并、PAHs表面沉积、表面生长和表面氧化过程.结果表明:燃烧过程中苯(C6H6)分子摩尔分数是影响PAHs生成的直接原因,决定了汽油替代燃料生成PAHs摩尔分数的大小;芘(C16H10)分子摩尔分数直接影响碳烟的生成过程,决定汽油替代燃料碳烟排放水平;可依据汽油替代燃料的组成评价燃烧生成PAHs和碳烟的水平,汽油替代燃料中甲苯/二异丁烯总含量越高,其生成PAHs和碳烟量越大,反之亦然.     

进气状态对正丁醇-柴油低温燃烧PAHs生成的影响

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AVL-FIRE软件耦合CHEMKIN建立三维数值模型,研究了进气状态(进气压力、进气温度和进气涡流比)对正丁醇-柴油混合燃料低温燃烧多环芳香烃(PAHs)生成的影响规律.结果表明:随着进气压力和进气温度的提高,PAHs各组分的生成时刻提前,缸内最终生成量增加,尤其是A2(菲)和A4(芘);在燃烧后期,随着进气压力和进气温度的提高,PAHs各组分消耗速率加快;随着涡流比的增加,PAHs各组分生成时刻提前,A1(苯)、A2(菲)和A3(萘)缸内最终生成量增加.当涡流比从1.2变化到1.6时,A4(芘)的缸内最终生成量随涡流比的增加而减少;而当涡流比从1.6变化到2.4时,A4的缸内最终生成量随涡流比的增大而增加.     

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.     

碳烟颗粒生长演变历程环境因素的影响

基于颗粒群平衡方程和包含有多环芳香烃分子生成的详细化学反应机理,构建了详细的碳烟生长数学模型,模型包含颗粒的成核、凝聚、表面生长和氧化等过程;采用Lagrange内插值的矩方法,导出了颗粒尺寸分布函数各阶矩的微分方程;与均匀搅拌器燃烧模型相耦合,应用Fortran语言编程,搭建了碳烟颗粒动力学演变历程的计算平台.探讨了温度、压力和燃空当量比等环境因素对碳烟颗粒生长演变历程的影响,计算结果表明:碳烟颗粒的数密度在某一温度下达到峰值,在温度相对较低、当量比和压力相对较高的环境下,碳烟的生成质量也较大;碳烟颗粒的最终质量是颗粒生长与氧化共同作用的结果.     

进气初始条件对柴油机低温燃烧及PAHs排放特性的影响

应用三维CFD模型耦合化学动力学模型的方法,研究了进气初始条件对柴油机低温燃烧及多环芳香烃(PAHs)排放特性的影响规律。结果表明:进气温度降低,滞燃期延长,同时由于进气密度增大,使柴油机的循环进气量增多,空燃比升高,燃油在缸内燃烧更充分,在较低的进气温度工况时缸内生成PAHs各组分相对较低;进气压力升高,PAHs各组分的生成时刻提前,并且PAHs各组分的含量依次减少。燃烧起始阶段,苯(C6H6)主要分布在燃烧室凹坑附近。在燃烧中期与后期,其主要分布在凹坑壁面附近。     

甲醇抑制层流预混火焰中碳烟生成的机理

利用矩方法研究了层流甲醇/乙烯预混火焰中碳烟颗粒形成的化学反应动力学机理.模型考虑了颗粒的成核、颗粒间的凝结与聚合、气态组分在颗粒表面的生长与氧化过程.整个机理涉及101种组分和543个基元反应.计算了不同甲醇摩尔分数时碳烟粒子体积分数、粒子直径及重要中间组分的摩尔分数,对乙炔和苯的生成/消耗进行了敏感性分析,揭示了甲醇燃烧过程中氧原子的迁移路径.计算结果表明,甲醇能有效地减少碳烟及其前驱体多环芳香烃、多环芳香烃前驱体物质(如乙炔、炔丙基等)的生成量.燃烧过程甲醇中氧原子在甲醇基、甲醛、羟基、甲醛基、一氧化碳和二氧化碳等物质中迁移.     

正庚烷HCCI燃烧下芳香烃及多环芳烃形成的多维数值研究

将发动机多维CFD程序KIVA-3V与化学动力学程序CHEMKIN III相耦合,对正庚烷HCCI燃烧下芳香烃(苯)与多环芳烃(萘、菲及芘)的生成及演变规律进行了详细分析.发动机以正庚烷为燃料,其化学反应采用了正庚烷的燃烧与分解、多环芳烃生成的详细反应机理.结果表明在缸内混合气着火前,A1(苯)的质量浓度场较不均匀,在缸中心区域A1质量浓度较高,而在边界层及缝隙区则相对较低;然而在缸中心区域及缝隙区,A2(萘)、A3(菲)与A4(芘)的质量浓度场较低,而在边界层区则相对较高.在缸内混合气着火后,在缸中心区域及边界层区,A1～A4质量浓度较低,而在缝隙区则相对较高.混合气着火后短暂时间内为A1～A4生成的高峰期,在经历高峰期后A1～A4质量平均浓度迅速降低.同时,在排气门打开(120°CA ATDC)时,在这4种芳香烃与多环芳烃中,苯的排放量最高,萘其次,而芘的排放量则最低.     

柴油多元表征燃料多环芳烃生成模型的开发

构建了适用于正癸烷、甲苯和甲基环己烷等3种单一燃料及其混合燃料的多环芳烃(PAHs)骨架模型,包括103个组分和248个反应.用新模型分别模拟了正癸烷、甲基环己烷、正癸烷/甲苯混合燃料以及柴油表征燃料在基础反应器中的氧化过程,结果表明:该模型能重现重要组分浓度的试验值.将此模型与笔者开发的碳烟模型相耦合并纳入KIVA-3V程序,对一台以2号柴油为燃料的发动机的燃烧过程和碳烟排放进行了模拟,结果表明:新的模型都能较准确地计算缸内压力、放热率、碳烟排放量和PAHs的生成过程.     

汽油/柴油双燃料不同HPCC燃烧模式的数值模拟

针对汽油/柴油双燃料高比例预混燃烧(HPCC)模式,在总喷油量、主放热时刻(CA50)基本相当的条件下,对柴油早喷(E-HPCC)与柴油晚喷(L-HPCC)情况下的燃烧特性和排放特性进行了数值模拟研究.结果表明,HPCC着火和燃烧过程主要受缸内活性自由基控制,较晚喷射会导致缸内局部正庚烷浓度高、活性较大,造成高温放热提前;较早喷射正庚烷会抑制低温放热,从而增加着火时刻缸内活性自由基的数量,是放热率较高、最大压升率较大的主要原因.L-HPCC模式下,高温放热时刻缸内局部正庚烷浓度较大造成了缸内局部温度较高,促进了NOx生成,相对E-HPCC模式NOx排放较高;虽然L-HPCC局部浓度较高会促进碳烟的生成,但同时较高的燃烧温度加强了碳烟的氧化,因此L-HPCC模式的碳烟排放低于E-HPCC模式.     

能源的开发利用与节能

在节能与环保问题成为当今全球性重要研究课题的情况下,笔者对中国能源的现状、新能源开发问题和在用车辆的环保节能问题进行了研究探讨。认为我国应加大开发可再生能源、核能源的力度,开发城市生活垃圾的新能源,找出在用柴油车实现环保节能的一些新措施。     

世界能源开发利用现状和格局

本文从储量、产量和消费量三方面,介绍了世界各大区和主要国家的能源储量、产量和消费量,分析了世界主要能源(油气、煤炭、核能、水电)开发利用现状和格局,并指出了中国能源在世界的地位。     

发电机氢气纯度湿度不合格及发电机进油分析及防范

发电机进油以及氢气纯度、湿度不合格给大型发电机的安全稳定可靠运行带来潜在的危害.针对大型汽轮发电机运行中存在的氢气纯度和氢气湿度不合格、发电机内进油的原因、危害,重点阐述了如何防范发电机进油、提高氢气纯度、降低氢气湿度的措施.     

透明隔热涂料的研究及应用进展

透明隔热涂料具有很高的红外波段隔热效果及良好的可见光波段透过率,用于建筑玻璃和汽车玻璃等透明隔热成为节能降耗的有效途径.本文介绍了ATO、ITO、FTO等纳米颗粒对太阳光谱的选择性及其透明隔热机理,概述了透明隔热涂料的国内外研究及应用进展,重点评述了基于热致相变材料的新型智能温控透明隔热涂料,并指出了目前透明隔热涂料在分散、抗老化、施工均匀性等方面存在及需要解决的问题,提出了透明隔热涂料智能化的发展方向.     

山东省采暖空调度日数及其分布特征

在分析山东地区气象变化规律的基础上。应用近10年的实测气象数据，选出了平均月。研究了山东地区标准年气象参数的构成方法，求出了全省各地的采暖度日数和空调度日数，探讨了采暖度日数和空调度日数的分布特征。该研究为计算采暖能耗、空调能耗和推行建筑节能技术，奠定了坚实的基础。     

生物质气化技术及产业发展分析

生物质气化用途广泛、原料种类和规模适应性强,是实现生物质分布式开发利用和可燃固体废弃物处理的有效途径,可部分替代化石能源、推进节能减排、助力实现可持续发展,在世界范围内得到了广泛应用。本文综述了生物质气化、燃气净化关键技术和供热、发电、合成液体燃料等产业的发展现状,在此基础上对中国生物质气化产业前景进行了展望。     

石油供求关系回顾与展望

2005年,全球经济增长带动了石油需求的增加,而原油产量增长有限,加上炼制能力和飓风及政治突发事件等影响,石油价格暴涨。2006年的国际石油供求形势和油价走势,既有促降因素,也有促升因素,还有飓风恢复和政治等不确定因素。总的来说,世界石油需求继续增加,市场更显紧张;油价取决于需求增幅的大小和产能建设的速度,总体水平应该是每桶50～60美元。     

生态水泥及其发展前景

从生态水泥与普通水泥的概念,着重讲述普通生态水泥与矿渣型生态水泥的各种特性以及与普通水泥在生产工艺、生产费用到对环境的影响分别加以对比和介绍,并对生态水泥的发展趋势进行了归纳,同时提出发展生态水泥,改善人居环境,促进人与自然和谐共存.