采用同步輻射小角X射線散射（small-angle x-ray scattering,SAXS）技術(shù),研究了柴油機(jī)燃用不同甲醇摻混比例（0、5%、15%）的甲醇/柴油混合燃料（分別記為M0、M5和M15）時(shí)顆粒的微結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)散射強(qiáng)度和散射矢量進(jìn)行不同變換和處理,結(jié)合分形理論和小角散射理論,得到了顆粒的空間結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)及團(tuán)粒間隙和尺寸等參數(shù)。研究結(jié)果表明:與柴油燃燒顆粒相比,隨著燃料中甲醇摻混比例增大,燃燒顆粒中的電子密度差逐漸增大,顆粒的尺寸減小;顆粒表面較為粗糙無(wú)序;M0、M5、M15的團(tuán)粒間隙分別主要分布在5⁷nm、8¹0nm、11¹3nm,團(tuán)粒間隙的尺寸和數(shù)量呈上升趨勢(shì);團(tuán)粒間隙分維數(shù)與團(tuán)粒尺寸呈正相關(guān),摻混甲醇后隨著顆粒團(tuán)粒尺寸的增大,顆粒的分布越松散,團(tuán)粒結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定。 

【文章來(lái)源】：內(nèi)燃機(jī)工程. 2016,37(02)北大核心

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圖２二維小角散射系統(tǒng)的試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

２θ）轉(zhuǎn)化成散射矢量ｑ，即：ｑ＝４π（）λｓｉｎθ（２）式中，λ為入射線波長(zhǎng)。散射步進(jìn)或散射角與發(fā)生散射的結(jié)構(gòu)體尺寸Ｌ也存在一定關(guān)系，如式（３）所示。Ｌ＝２π／ｑ（３）所以，結(jié)構(gòu)體越小，散射角越大，對(duì)應(yīng)的散射矢量越大。因此，對(duì)Ｉ（ｑ）－ｑ進(jìn)行不同的變換和處理，結(jié)合分形理論和小角散射理論，可得到樣品的回旋半徑、團(tuán)粒間隙數(shù)量和尺寸分布等參數(shù)信息，對(duì)柴油機(jī)燃燒顆粒的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。團(tuán)粒間隙數(shù)量和尺寸分布能夠定量描述顆粒的分布狀態(tài)，如圖３所示，計(jì)算時(shí)不考慮團(tuán)粒間隙之間的相互作用，并假設(shè)團(tuán)粒間隙近似為球形。根據(jù)小角散射理論，當(dāng)散射體系是由稠密的粒子組成，并且其團(tuán)粒間隙可以看成為形狀相似、大小均勻的稀薄體系，則該體系的小角散射強(qiáng)度［８］可以表示為Ｉ（ｑ）＝４π（）３２Ｎ０Δρ２∫∞０ｆ（Ｒ）Ｒ６Ｆ２（ｑ，Ｒ）ｄＲ（４）Ｆ（ｑ，Ｒ）＝ｓｉｎ（ｑＲ）－ｑＲｃｏｓ（ｑＲ）（ｑＲ）３（５）式中，Ｒ為散射粒子半徑；Δρ為散射粒子電子密度差；Ｆ（ｑ，Ｒ）為單粒子形狀因子；ｆ（Ｒ）為散射粒子的尺寸分布；Ｎ０為單位體積內(nèi)散射粒子總數(shù)量。則半徑為Ｒ的團(tuán)粒間隙數(shù)量分布Ｎ（Ｒ）＝Ｎ０ｆ（Ｒ）。由小角散射理論［９］推導(dǎo)可得到：ｌｇＩ＝ｌｇＫ０－４π２×Ｒｇ×ｌｇｅ３λ（）２×ε２（６）Ｒｇ＝４．１５９×１０－３ｔａｎθ（７）式中，Ｋ０為散射系數(shù)；λ為波長(zhǎng)；ｔａｎθ為ｌ

現(xiàn)，隨著燃料中甲醇摻混比例增加，散射曲線的凸起區(qū)域向高ｑ值偏移，在低ｑ值區(qū)域散射強(qiáng)度增加，Ｍ１５的散射強(qiáng)度最強(qiáng)。這說(shuō)明隨著燃料中甲醇摻混比例的增大，顆粒中電子密度差逐漸增大，顆粒之間的統(tǒng)計(jì)平均距離增大，顆粒尺寸減校這主要是因?yàn)椋阂环矫妫状荚谌紵^(guò)程中易裂解生成較多的揮發(fā)性物質(zhì)，在排氣稀釋過(guò)程中揮發(fā)性物質(zhì)更容易達(dá)到飽和狀態(tài)［１１］；另一方面，由于甲醇中含量氧高，含量碳較低，與柴油相比在燃燒過(guò)程中Ｃ、Ｈ易與氧發(fā)生反應(yīng)，使顆粒裂解生成大量幾何尺寸較小的顆粒。圖４小角散射圖像圖５小角散射強(qiáng)度曲線３．２顆粒的表面形態(tài)分析柴油機(jī)燃燒顆粒是具有自相似性的堆積結(jié)構(gòu)。對(duì)測(cè)量得到的小角散射強(qiáng)度Ｉ與散射矢量ｑ分別取自然對(duì)數(shù)，得到散射對(duì)數(shù)曲線如圖６所示，其斜率為ｄ。如果計(jì)算所得的ｄ值滿足１≤－ｄ＜３，則為質(zhì)量分形（孔分形）；如果３＜－ｄ＜４，則為表面分形，Ｄｓ＝６－ｄ，從而確定散射體的分形維數(shù)。從圖５中可以看出，散射對(duì)數(shù)曲線存在線性區(qū)域，在低ｑ值區(qū)域沒(méi)有出現(xiàn)直線，說(shuō)明不存在Ｇｕｉｎｉｅｒ區(qū)，該類型散射體系屬于散射體不均一體系，在某一尺寸上存在分形結(jié)構(gòu)，根據(jù)文獻(xiàn)［１２］的研究，該類型散射體在每個(gè)線性區(qū)域內(nèi)分別對(duì)應(yīng)一個(gè)分形結(jié)構(gòu)范圍。根據(jù)曲線的線形關(guān)系，將散射曲線分為Ｄ１和Ｄ２兩個(gè)區(qū)域，即存在雙分形規(guī)律，這種雙分形規(guī)律也進(jìn)一步說(shuō)明了柴油機(jī)燃燒顆粒是具有自相似性的堆積結(jié)構(gòu)。Ｍ０、Ｍ５和Ｍ１５的燃燒顆粒的分形維數(shù)與分形特征如表１所示。結(jié)果顯示：隨著燃料中甲醇摻混比例的增加，燃燒顆粒的Ｄ１區(qū)域分形維數(shù)小于Ｄ２區(qū)域；從質(zhì)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]碳煙微觀結(jié)構(gòu)的小角X射線散射分析[J]. 王向麗,王忠,倪培永.  內(nèi)燃機(jī)工程. 2013(02)
[2]熱損傷奧克托金（HMX）缺陷的X射線小角散射研究[J]. 閆冠云,田強(qiáng),黃朝強(qiáng),顧小敏,孫光愛(ài),陳波,黃明,聶福德,柳義,李秀宏.  物理學(xué)報(bào). 2012(13)
[3]甲醇在柴油機(jī)上應(yīng)用的技術(shù)進(jìn)展[J]. 姚春德.  中外能源. 2009(11)
[4]同步輻射X射線小角散射法研究納米ZnO和Fe2O3顆粒在分散介質(zhì)中的尺寸和形態(tài)[J]. 汪冰,荊隆,豐偉悅,邢更妹,王萌,朱墨桃,歐陽(yáng)宏,趙宇亮,吳忠華.  核技術(shù). 2007(07)
[5]生物柴油在柴油機(jī)中的應(yīng)用研究[J]. 葛蘊(yùn)珊,張世鷹,郝利君,吳思進(jìn),孔林河.  內(nèi)燃機(jī)工程. 2004(02)



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