柴油機(jī)排氣顆粒物是大氣污染物PM2.5的主要來源之一,對環(huán)境造成了嚴(yán)重影響。我國國五汽車排氣法規(guī),對柴油機(jī)顆粒的質(zhì)量(PM)和顆粒數(shù)量(PN)都提出了嚴(yán)格的要求。柴油機(jī)排放的顆粒質(zhì)量和數(shù)量不僅與燃油理化特性、運(yùn)轉(zhuǎn)工況、燃燒過程等因素有關(guān),還與顆粒間的相互碰撞、吸附以及團(tuán)聚等過程密切相關(guān)。開展柴油機(jī)顆粒碰撞過程與顆粒團(tuán)聚的研究,對顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象、狀態(tài)變化進(jìn)行解釋,為減少柴油機(jī)排氣顆粒數(shù)提供依據(jù)。論文以柴油機(jī)排氣顆粒物的碰撞過程與團(tuán)聚特征為研究對象,通過建立了CFD-DEM耦合模型,探討了柴油機(jī)排氣過程顆粒碰撞概率的變化規(guī)律;采用試驗(yàn)的方法,對柴油機(jī)顆粒的團(tuán)聚特征參數(shù)進(jìn)行測量,對顆粒的粒徑與數(shù)量濃度分布、結(jié)構(gòu)與力學(xué)參數(shù)等變化規(guī)律進(jìn)行了分析。主要研究工作如下:試驗(yàn)測量了186FA柴油機(jī)的排氣顆粒,應(yīng)用Hamaker、Kittelson等理論,建立顆粒間作用力數(shù)理模型,分析了25~50nm粒徑范圍等粒徑與非等粒徑的顆粒間范德華力、靜電力、粘性力和粘附能的變化規(guī)律。結(jié)果表明,在顆粒粒徑相同的情況下,兩顆粒粒徑分別由25nm增大到50nm時,范德華力由1.08×10~(-15)N增大到6.43×10~(-15)N,靜電力由1.11×10~(-17)N增大到17.89×10~(-17)N,粘性力由0.154×10~(-15)N增大到0.313×10~(-15)N,粘附能由0.151×10~(-15)J增大到0.309×10~(-15)J;非等粒徑下,兩顆粒粒徑比分別由1增加到粒徑比為2時,范德華力增加約3倍,靜電力增大5.6倍,粘性力增大約0.3倍,粘附能增加了約0.4倍。顆粒粒徑或粒徑比增大,都將使得顆粒間吸引作用增強(qiáng),顆粒聚集、粘結(jié)更加穩(wěn)定�；谙嗨评碚�,建立了CFD-DEM耦合模型,對柴油機(jī)排氣門至氣道出口區(qū)域內(nèi)顆粒碰撞過程進(jìn)行了仿真,分析了排氣壓差、排氣流速以及粒徑分散度等邊界條件影響下的顆粒碰撞特征的變化規(guī)律。結(jié)果表明,排氣壓差越大,顆粒間碰撞概率與碰撞效率增大,最大法向重疊距離以及剩余重疊距離越大;排氣流速增大,顆粒在曳力與慣性等作用下,運(yùn)動速度增大,顆粒碰撞概率與碰撞效率明顯增加,單分散向多分散變化,顆粒間碰撞概率與碰撞效率增大,最大法向重疊距離以及剩余重疊距離越大。顆粒間碰撞的加劇,對于增大顆粒團(tuán)聚概率與減少排氣顆粒數(shù)起著重要作用。采用發(fā)動機(jī)排氣顆粒粒徑譜儀(EEPS),對186FA試驗(yàn)用柴油機(jī)氣道出口位置的顆粒進(jìn)行了試驗(yàn)測量,分析不同負(fù)荷與轉(zhuǎn)速的粒徑分布與數(shù)量濃度等參數(shù)的影響。結(jié)果表明,不同負(fù)荷與轉(zhuǎn)速工況下,顆粒粒徑主要集中在10~100nm范圍內(nèi),且粒徑呈多峰分布;隨著柴油機(jī)負(fù)荷增加,顆粒平均粒徑增大,核態(tài)顆粒占比減少,顆粒向聚積態(tài)變化,粒徑分散性有所增大;柴油機(jī)轉(zhuǎn)速越大,顆粒物平均粒徑增加,核態(tài)顆粒數(shù)量減少,顆粒向聚積態(tài)增加,粒徑分散性增大。柴油機(jī)負(fù)荷或轉(zhuǎn)速的增大造成了排氣壓差或流速的增大,顆粒碰撞加劇,對顆粒由核態(tài)向聚積態(tài)的增起到一定影響作用。采用X射線小角散射與原子力顯微鏡,測量了不同負(fù)荷與轉(zhuǎn)速工況條件下氣道出口顆粒的孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙尺寸與引力、粘性力等參數(shù)。結(jié)果表明:隨著柴油機(jī)負(fù)荷或轉(zhuǎn)速增大,團(tuán)聚顆粒散射特征參數(shù)q_(min)、q_T減小,孔隙截面平均直徑、回轉(zhuǎn)半徑、軸向長度和分布分維數(shù)減小,孔隙數(shù)量濃度特征峰值和孔隙特征半徑減小;表征團(tuán)聚顆粒狀態(tài)穩(wěn)定性的吸引力F_(at)、粘性力F_(ad)及粘附能W_(ad)等參數(shù)均增大。柴油機(jī)排氣顆粒的碰撞對顆粒粘結(jié)、團(tuán)聚有較大影響。通過研究,可以看出,提高排氣壓差、流速與粒徑分散度,能夠加劇顆粒碰撞,對團(tuán)聚顆粒結(jié)構(gòu)致密度的增大,吸引與粘結(jié)作用的增強(qiáng)具有一定促進(jìn)作用,顆粒間粘連作用更穩(wěn)定,團(tuán)聚顆粒增多,排氣顆粒數(shù)將減少。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK421.5
【部分圖文】：

粒粒徑、碰撞對顆粒數(shù)變化趨勢；運(yùn)用小角散射儀186FA 柴油機(jī)排氣顆粒，研究不同負(fù)荷與轉(zhuǎn)速工況受作用力等變化規(guī)律，探明顆粒碰撞過程與團(tuán)聚特顆粒數(shù)，滿足更高的排放標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。運(yùn)動特征可分為兩個階段，從活塞運(yùn)動的角度，可分為自由角度，可分為超臨界和亞臨界兩個排氣階段。在自壓力遠(yuǎn)高于排氣道和排氣管內(nèi)的壓力，缸內(nèi)廢氣在流過排氣門。在強(qiáng)制或亞臨界排氣階段，活塞上行排氣流速將主要受到排氣門有效流動截面與柴油機(jī)圖如圖 1.1 所示。

圖 2.1 顆粒有效碰撞示意圖[11] 2.1 Schematic diagram of effective particle col研究結(jié)果表明，粒徑差異程度、顆�？傄蛩�，主要表現(xiàn)為顆粒總數(shù)量、粒徑概率越大。浙江大學(xué)林建忠等人建立了彈性變形力，考察顆粒碰撞角度、粒碰撞角度增加時，碰撞概率逐漸升型法，國內(nèi)外一些學(xué)者還基于通用動力學(xué)關(guān)理論模型進(jìn)行研究。顆粒間通用動框架下給出的，可對發(fā)生碰撞的顆粒

圖 1.2 柴油 顆粒粒 分布示意圖[38]Fig. 1.2 Size distribution of diesel engine particle團(tuán)聚顆粒結(jié)構(gòu)特征開展了大量研究。葡萄牙學(xué)者 B進(jìn)行表征，通過分形維數(shù)求解，定量分析了顆粒團(tuán)聚射線小角散射測量方法，研究了柴油機(jī)排氣顆粒結(jié)構(gòu)論。美國肯塔基大學(xué)的 Braun 等人研究了柴油機(jī)燃結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果表明，負(fù)載下顆粒結(jié)構(gòu)尺寸明顯比加的氧化物含量對團(tuán)聚顆粒結(jié)構(gòu)尺寸的增大起到抑研究了油品老化與組成對柴油機(jī)尾氣顆粒結(jié)構(gòu)的影響顆粒結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析[41]。趙洋等人研究了柴油機(jī)。研究表明，當(dāng)氧化溫度升高，團(tuán)聚顆粒內(nèi)部孔隙截面平均孔徑出現(xiàn)增大趨勢，團(tuán)聚顆粒的緊密程度
【參考文獻(xiàn)】

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1 魏明銳;李松;劉近平;彭飛;;菲分子作為成核和沉積組分的碳煙生長研究[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年12期

2 楊芳玲;王忠;趙洋;張健;;柴油燃燒顆粒碰撞凝并過程[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報;2015年06期

3 孫在;楊文俊;謝小芳;陳秋方;蔡志良;;煤燃燒超細(xì)微粒粒徑譜演變及排放因子的實(shí)驗(yàn)研究[J];環(huán)境科學(xué);2014年12期

4 趙洋;王忠;李瑞那;李銘迪;王向麗;;基于小角散射的柴油機(jī)排氣顆粒的孔隙結(jié)構(gòu)分析[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2014年15期

5 寧智;白振霄;孫春華;付娟;;湍流通道內(nèi)微粒受力沉降特性模擬[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報;2014年12期

6 劉近平;魏明銳;肖合林;;基于矩方法的碳煙顆粒動力學(xué)演化過程[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報;2014年02期

7 蘇國珍;;兩質(zhì)點(diǎn)的相對論彈性碰撞[J];大學(xué)物理;2013年10期

8 梅德清;王書龍;袁銀男;孫平;;基于MOUDI采樣裝置的186FA柴油機(jī)微粒物粒徑分布特性研究[J];車用發(fā)動機(jī);2013年01期

9 王玉明;林建忠;;Brown凝并中兩個不同直徑納米顆粒的碰撞系數(shù)[J];應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué);2011年08期

10 胡冬奎;王平;;相似理論及其在機(jī)械工程中的應(yīng)用[J];現(xiàn)代制造工程;2009年11期

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4 魏鳳;燃煤亞微米顆粒的形成和團(tuán)聚機(jī)制的研究[D];華中科技大學(xué);2005年

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4 洪亮;預(yù)混火焰碳煙顆粒的形貌結(jié)構(gòu)特征及團(tuán)聚力的研究[D];天津大學(xué);2012年

本文編號：2848361