為深入了解添加含氧燃料和廢氣再循環(huán)技術(shù)（exhaust gas recirculation,EGR）共同作用對(duì)顆粒結(jié)構(gòu)及分形特征的影響,運(yùn)用顆粒分級(jí)采樣裝置采集了EGR率分別為0、10%、20%時(shí),柴油機(jī)燃用正丁醇質(zhì)量百分比為10%的正丁醇/柴油混合燃料（N10）的燃燒顆粒（N10EGR0、N10EGR10%、N10EGR20%）,通過電鏡試驗(yàn)和圖像處理技術(shù),開展了不同EGR率對(duì)正丁醇/柴油燃燒顆粒的影響研究,分析了顆粒群的微觀結(jié)構(gòu)、平均粒徑、分形維數(shù),基本碳粒子的層面間距、微晶尺寸等物理結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化規(guī)律,結(jié)果表明,N10EGR0、N10EGR10%、N10EGR20%燃燒顆粒群整體呈現(xiàn)團(tuán)簇狀結(jié)構(gòu),顆粒粒徑范圍主要集中在30⁷0 nm之間,呈正態(tài)單峰分布;隨著EGR率的增加,粒徑范圍向大粒徑方向移動(dòng),平均粒徑逐漸增大,N10EGR20%與N10EGR0相比,平均粒徑增大約為19%;計(jì)盒維數(shù)逐漸減小,表明顆粒間的團(tuán)簇程度逐漸減弱。不同EGR條件下的基本碳粒子結(jié)構(gòu)相似,呈指紋狀球形碳層結(jié)構(gòu),隨EGR率的增加,基本碳粒子的內(nèi)核碳層排列無(wú)序性和外殼石墨晶體結(jié)構(gòu)無(wú)規(guī)則性增... 

【文章來源】：農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2016,32(01)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

基本碳粒子的微觀結(jié)構(gòu)層Fig.1Microstructurelayerofbasiccarbonparticles

農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)（http://www.tcsae.org）2016年EGR率分別為0、10%、20%時(shí)，柴油機(jī)燃用N10混合燃料燃燒產(chǎn)生的顆粒在掃描電鏡下放大10萬(wàn)倍的形貌結(jié)構(gòu)如圖2a~c所示，可以看出，N10EGR0、N10EGR10%、N10EGR20%顆粒群在范德華力、靜電力、液體架橋力等粘附力的作用下，由成百上千個(gè)粒徑不等的準(zhǔn)球狀基本碳粒子堆積而成，形成疏密程度不同的顆粒群[19-20]。柴油中摻混正丁醇，在燃燒過程中，正丁醇分子中各個(gè)碳位及羥基上易發(fā)生脫氫反應(yīng)，生成微量的水分子，促進(jìn)了顆粒間的粘附作用，顆粒群整體呈現(xiàn)團(tuán)簇狀結(jié)構(gòu)。隨著EGR率的增加，顆粒群的粒徑逐漸增大。在SEM圖像上，采用NanoMeasurer對(duì)單位面積內(nèi)顆粒的粒徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，繼而求得顆粒的平均粒徑。不同EGR率條件下的顆粒粒徑分布及平均粒徑如圖3所示�？梢钥闯觯裼蜋C(jī)顆粒粒徑范圍主要集中在30~70nm之間，呈現(xiàn)正態(tài)單峰分布；隨EGR率的增加，顆粒的粒徑范圍逐漸向大粒徑方向移動(dòng)，顆粒的平均粒徑增大，N10EGR0條件下顆粒的平均粒徑為48.7nm；N10EGR20%條件下顆粒的平均粒徑為58.2nm，主要是由于中負(fù)荷時(shí)，空燃比較小，隨著EGR率的增大，降低了缸內(nèi)的氧濃度，缸內(nèi)高溫缺氧區(qū)域增多，易形成較多的顆粒，顆粒間發(fā)生碰撞凝并的幾率增大，形成聚積態(tài)顆粒，聚集態(tài)顆粒數(shù)量濃度在各粒徑下有所增大，核膜態(tài)顆粒數(shù)量濃度在各粒徑下有所減少，顆粒的平均粒徑增大。2）計(jì)盒維數(shù)通過對(duì)N10EGR0顆粒的SEM圖像的計(jì)盒維數(shù)進(jìn)行計(jì)算，獲得二值化闕值，得到N10EGR0顆粒lgN（r）-lgr的關(guān)系，進(jìn)行曲線擬合后的結(jié)果如圖4所示，可以看出，擬合曲線的線性回歸系數(shù)為0.99888，此時(shí)N10EGR0燃燒顆粒的計(jì)盒維數(shù)為1.99851，采用同樣的方法對(duì)N10EGR10%、N10EGR20%顆粒的計(jì)盒維數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到不同EGR條件下顆粒的?

第1期瞿磊等：廢氣再循技術(shù)對(duì)正丁醇/柴油燃燒顆粒結(jié)構(gòu)及分形特征的影響圖6燃用N10在不同EGR條件下的基本碳粒子層面間距Fig.6FringeseparationdistanceofN10basiccarbonparticlesunderdifferentEGRrates大，獲得基本碳粒子的微觀結(jié)構(gòu)。通過對(duì)獲得的TEM圖像進(jìn)行處理和計(jì)算，得到基本碳粒子的層面間距、微晶尺寸、彎曲度等微觀物理特性參數(shù)。探討不同EGR條件下柴油機(jī)燃用N10產(chǎn)生的顆粒微觀形態(tài)特性以及石墨化程度的變化規(guī)律。1）基本碳粒子的結(jié)構(gòu)特征不同EGR條件下，燃用N10的顆粒放大50萬(wàn)倍的TEM圖像如圖5a~c所示，放大150萬(wàn)倍的TEM圖像如圖5d~f所示，從圖5a~c可以看出，柴油機(jī)燃用N10產(chǎn)生的基本碳粒子經(jīng)碰撞凝并串聯(lián)在一起形成鏈簇狀結(jié)構(gòu)，基本碳粒子的粒徑、結(jié)構(gòu)、環(huán)境氛圍決定了它們相互間的凝并程度[22]，相交時(shí)呈現(xiàn)出不同的致密性，幾個(gè)基本碳粒子重疊在一起，形成了TEM圖像中顏色較深的區(qū)域。鏈簇狀大小以及顆粒群包含的基本碳粒子的個(gè)數(shù)隨著EGR率的增加而增大，表明EGR的引入能夠促進(jìn)顆粒生長(zhǎng)過程中基本碳粒子的凝并，形成鏈簇狀較大的顆粒。從圖5d~f可以看出，不同EGR條件下的基本碳粒子結(jié)構(gòu)基本相似，都呈現(xiàn)指紋狀的球形碳層結(jié)構(gòu)，主要由內(nèi)核和外核兩部分組成，內(nèi)核為無(wú)定形結(jié)構(gòu)的碳微晶結(jié)構(gòu)，中心區(qū)域表現(xiàn)為皺褶、彎曲、不規(guī)則排列的碳層結(jié)構(gòu)；外殼為石墨微晶結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為規(guī)則的、層次清晰的微晶碳層結(jié)構(gòu)[23-24]。隨著EGR率的增加，基本碳粒子內(nèi)核碳層排列無(wú)序性增強(qiáng)，外殼石墨晶體結(jié)構(gòu)無(wú)規(guī)則性增強(qiáng)，邊界變得模糊。與內(nèi)核碳層處原子相比，外殼碳層邊緣處的原子活性較高，EGR率的增加導(dǎo)致廢氣中CO2濃度的增加，碳層邊緣的原子更易氧化，同時(shí)氧化過程中釋放的熱量會(huì)對(duì)內(nèi)核進(jìn)行加熱，使有機(jī)成分發(fā)生脫氫反應(yīng)，內(nèi)?


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