柴油機排放顆粒是主要的大氣污染物之一,對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成較大危害。我國第六階段污染物排放法規(guī),對排放顆粒的質(zhì)量（PM）和數(shù)量（PN）均提出了更加嚴格的要求與限值。在柴油機排氣過程中,顆粒經(jīng)歷了碰撞凝并、冷凝吸附等過程,導致顆粒的形貌和尺寸分布發(fā)生變化,直接影響了柴油機顆粒數(shù)。顆粒的碰撞、凝并等過程是氣流與顆粒間作用力共同的結果,與排氣壓力、氣流速度和溫度等環(huán)境條件有關。開展柴油機排氣過程對顆粒形貌與力學特征的研究,對于揭示顆粒凝并過程具有一定的學術價值,為優(yōu)化柴油機顆粒捕集器（Diesel Particle Filter,DPF）的結構,降低柴油機排放顆粒數(shù)提供依據(jù)。論文以柴油燃燒形成顆粒的形貌與力學特征為研究對象,采用掃描電鏡、透射電鏡和原子力顯微鏡等儀器,對顆粒的形貌、微觀結構以及力學等特征參數(shù)進行測量,并對上述特征參數(shù)的變化規(guī)律進行了分析。建立了CFD-DEM碰撞仿真模型,探討了柴油機排氣環(huán)境參數(shù)的變化過程和排氣階段顆粒碰撞過程的動力學特征參數(shù)的變化規(guī)律。主要研究工作如下:搭建柴油機試驗臺架,采集不同負荷、轉(zhuǎn)速以及排氣溫度時的顆粒,運用掃描電鏡,對顆粒的微觀形貌、粒徑分布和... 

【文章來源】：江蘇大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

柴油機排氣過程

江蘇大學碩士學位論文5下隨負荷增大先增大后減校ANeer等[12]運用高分辨率透射電子顯微鏡等試驗儀器，對不同轉(zhuǎn)速時顆粒的粒徑進行了研究，得到了顆粒粒徑隨著轉(zhuǎn)速的增加而逐漸增大的變化規(guī)律。孫波等[13]運用186FA柴油機，對不同排氣位置處的顆粒進行了采集，研究了顆粒的粒徑分布、形貌等變化規(guī)律。結果表明，在排氣管出口處，顆粒粒徑逐漸增大，顆粒數(shù)量減少，顆粒團聚更為緊密。成曉北等[14]采用SMPS微粒測量裝置測量了柴油機不同工況時顆粒的尺寸，分析了顆粒尺寸分布的變化規(guī)律，圖1.2為柴油機顆粒的粒徑分布圖，納米顆粒的粒徑小于50nm，超細顆粒的粒徑處于50~100nm。圖1.2顆粒的粒徑分布圖[14]Fig.1.2TheparticlesizedistributionJZhu等[15]對柴油機顆粒的分形維數(shù)進行了研究，結果表明，隨著柴油機負荷的增加，顆粒的分形維數(shù)增大，分形維數(shù)在1.46~1.88之間。王林等[16]基于全氣缸采樣系統(tǒng)，運用TEM圖像處理技術，研究了柴油機顆粒的分形結構特性。結果表明，柴油燃燒形成的顆粒的分形維數(shù)在1.32~1.84之間，且在燃燒過程中先增加后減校圍繞顆粒的層面間距、微晶尺寸和彎曲度等微觀結構參數(shù)的變化規(guī)律，國內(nèi)外學者應用掃描電鏡、高倍透射電鏡以及原子力顯微鏡等儀器，研究了顆粒的形貌、微觀結構等參數(shù)的變化規(guī)律。宋崇林等[17]采用Gabor濾波法、OPTA法等圖像處理技術，對顆粒微觀形貌圖像進行處理,獲得了顆粒微觀結構特征參數(shù)微晶尺寸、層面間距、曲率的計算統(tǒng)計方法。結果表明，隨著柴油機負荷的增加，平均微晶尺寸增加，層面間距平均值和曲率平均值減校張煒等[18]采用高壓共軌柴油機，研究了顆粒微觀結構的變化規(guī)律。顆粒的層面間距和曲率的變化范圍分別在0.36~0.40nm，1.22~1.33范圍，微晶尺寸在1.0~2.2nm之間變?

響研究6運用高倍透射電鏡對顆粒的微觀結構特征進行了分析。結果表明，在額定工況下，F(xiàn)e300顆粒的基本碳粒子的層面間距、彎曲度增大，微晶尺寸減校Ishiguro等[20]通過相位對比法和空心錐束法兩種高倍透射電鏡技術對顆粒的微觀結構進行了研究。柴油機的顆粒具有相似的微觀結構，基本碳粒子的結構隨著柴油機運轉(zhuǎn)工況的改變而發(fā)生變化。瞿磊等[21]對柴油機顆粒的微觀結構參數(shù)進行了研究。結果表明，顆粒的層面間距、彎曲度隨排氣溫度的增加而增大，微晶尺寸的變化規(guī)律與之相反，呈現(xiàn)降低的趨勢。柴油機顆粒的形貌與結構如圖1.3所示�？梢钥闯觯裼蜋C顆粒由基本碳粒子聚集而成，柴油機顆粒粒徑在20~80nm范圍之間，碳粒子呈現(xiàn)不規(guī)則的無序狀，核心的直徑約為10nm[22]。圖1.3柴油機顆粒的形貌與結構Fig.1.3Morphologyandstructureofdieselparticles1.3.2顆粒力學特征的研究進展柴油機顆粒處于復雜的氣相流場中，顆粒的力學特征和自身的固有屬性影響著顆粒的碰撞與團聚等過程。在分析柴油機顆粒間作用力的同時需要對在排氣階段顆粒碰撞過程的動力學特征參數(shù)進行分析，考察相應的排氣環(huán)境對顆粒力學特征參數(shù)的影響。其中，吸附力、黏附力以及黏附能等指標參數(shù)可以用來表征顆粒的力學特征。顆粒碰撞過程的動力學特征參數(shù)主要包括角速度、湍動能、轉(zhuǎn)矩、法向作用力和切向作用力等評價參數(shù)[23-25]。Alessio等[26]提出顆粒間的黏附力（Fad）和黏附能（Wad）是顆粒團聚的重要表征參數(shù)，F(xiàn)ad的大小反映了顆粒間的團聚程度，Wad的大小說明了顆粒的脫離需要克服相互作用的能壘。陳男等[27]提出楊氏模量（EY）是表征顆粒剛性的物理量。楊氏模量的大小標志了顆粒的剛性強度，楊氏模量值越大，顆粒的結構剛性越大，越不易發(fā)生形變，顆粒

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]柴油機排氣顆粒碰撞過程與團聚特征研究[D]. 趙懷北.江蘇大學 2018
[2]柴油機缸內(nèi)顆粒碰撞與凝并過程研究[D]. 楊芳玲.江蘇大學 2017
[3]基于離散元素法的動態(tài)配料模型預測控制算法研究[D]. 黃立沛.重慶大學 2017
[4]扭曲管內(nèi)流態(tài)化粒子對壁面的磨蝕及碰撞動力學研究[D]. 黃軍.湘潭大學 2015
[5]DOC與DPF對柴油機排放顆粒微觀特性影響的研究[D]. 李磊.河南科技大學 2014



本文編號：3340816