近年來全球極端氣候事件頻發(fā),生態(tài)環(huán)境日益惡化,柴油機尾氣排放作為環(huán)境問題的主要因素之一,各國不斷出臺嚴苛的排放法規(guī)以限制柴油機污染物排放。柴油機后處理技術(shù)是減少污染物排放的重要舉措,而改善燃油的理化性質(zhì),優(yōu)化缸內(nèi)燃燒則可以從源頭上解決柴油機排放污染問題。燃油添加劑可在不改變柴油機結(jié)構(gòu)的前提下實現(xiàn)燃油的高效清潔燃燒,因此受到了研究人員的關(guān)注,越來越多關(guān)于燃油添加劑應(yīng)用于柴油機的研究在全球范圍內(nèi)開展。本文基于柴油機臺架試驗平臺與燃燒可視化系統(tǒng),對應(yīng)用于柴油機的常規(guī)市售鐵基燃油添加劑（Fe-FBC）開展燃燒過程、污染物排放和碳煙生成歷程等研究,并基于顆粒理化性質(zhì)檢測儀器對Fe-FBC燃油燃燒顆粒進行粒徑分布規(guī)律、微觀形貌與結(jié)構(gòu)、氧化活性以及可溶性有機物（SOF）組分等深入分析。試驗前按Fe元素質(zhì)量比為200 mg/kg、400 mg/kg和600 mg/kg進行Fe-FBC燃油配制,分別標(biāo)記為Fe200、Fe400和Fe600。在柴油機上分別燃用純柴油和三種Fe-FBC燃油,并采用燃燒分析儀和排氣分析系統(tǒng)對Fe-FBC燃油燃燒特性和排放性能進行探究。結(jié)果表明柴油中添加Fe-FBC可有效促進燃... 

【文章來源】：江蘇大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

柴油機顆粒物組分Fig.1.1Compositionofparticlefromdieselengine

鐵基FBC對柴油機缸內(nèi)燃燒和碳煙排放特性影響的研究41.3.2顆粒物生成機理碳煙是柴油機顆粒物的結(jié)構(gòu)核心，顆粒物的生成歷程是以碳煙為主體，持續(xù)發(fā)生大量的物化反應(yīng)，并經(jīng)歷氣相、液相和固相等相變的過程。國內(nèi)外學(xué)者采用試驗結(jié)合軟件模擬的手段，不斷探究顆粒物的生成過程，提出不同的顆粒物生成理論。本節(jié)基于眾多學(xué)者的顆粒物生成理論進行整理歸納，并將生成歷程細化分為7個階段，闡明柴油機顆粒生成的演化過程。圖1.2所示為顆粒物生成歷程。圖1.2柴油機顆粒物生成歷程Fig.1.2Generationprocessofparticlefromdieselengine（1）燃油裂解。柴油在高溫高壓的環(huán)境下，因無法與氧氣充分反應(yīng)而直接裂解，生成諸如C3H3、C2H2和C2H4等氣相小分子。燃料裂解成氣相小分子的速率通常取決于燃料性質(zhì)和燃燒環(huán)境。（2）多環(huán)芳香烴生長。裂解得到的氣相小分子相互環(huán)化，生成初級多環(huán)芳香烴（PolycyclicAromaticHydrocarbons,PAHs）。目前初級多環(huán)芳香烴的生長機理存在不同的解釋，F(xiàn)renklach等人提出的脫氫加乙炔機理HACA（H-Abstraction-C2H2-Addition）得到了廣泛的認可[17,18]，即初級多環(huán)芳香烴苯環(huán)結(jié)構(gòu)位上的氫原子在燃燒過程中脫離，結(jié)構(gòu)空缺由環(huán)境中的乙炔C2H2補充，不斷進行的小分子環(huán)化與乙炔C2H2加成形成了多環(huán)芳香烴的生長反應(yīng)鏈，完成碳煙前驅(qū)體的生成過程。（3）碳煙成核。多環(huán)芳香烴持續(xù)生長過程中局部環(huán)境的PAHs濃度飽和時，發(fā)生冷凝作用，將氣相的PAHs轉(zhuǎn)化為粒徑約2nm的固相微粒，即碳粒核心。（4）碳煙表面生長。成核的碳粒表面存在反應(yīng)活性強烈的自由基，可吸附燃油裂解產(chǎn)生的氣相小分子發(fā)生HACA反應(yīng)，這種作用于碳粒表面的現(xiàn)象被稱為碳粒的表面生長[19,20]。碳粒表面生長初期，微粒形貌呈不規(guī)則狀態(tài)，隨著氣相小

鐵基FBC對柴油機缸內(nèi)燃燒和碳煙排放特性影響的研究6Dp＜2.5μmPM2.5Dp＜100nm超細微粒顆粒數(shù)量/質(zhì)量濃度分布粒徑/nm數(shù)量加權(quán)質(zhì)量加權(quán)110100100010000Dp＜50nm納米微粒核模態(tài)積聚模態(tài)粗粒子模態(tài)圖1.3柴油機排氣顆粒典型粒徑分布[30]Fig.1.3Typicalparticlesizedistributionofdieselengine[30]碳粒是組成柴油機顆粒的基本單元，碳粒在范德華力或靜電力作用下，以一定排列次序相互堆疊的形態(tài)被稱為顆粒的微觀結(jié)構(gòu)，碳粒表面顯著的微晶分層結(jié)構(gòu)則被稱為顆粒的微觀形貌。柴油機顆粒微觀結(jié)構(gòu)與形貌的觀察分析通常由掃描電鏡或高倍透射電鏡完成。如圖1.4(a)所示，在掃描電鏡的放大顯示下，發(fā)現(xiàn)顆粒由成百上千個類球狀碳粒相互堆積粘結(jié)，形成團簇狀或枝鏈狀的聚合結(jié)構(gòu)。對顆粒的基本組分單元碳粒進行透射電鏡掃描，如圖1.4(b)所示，發(fā)現(xiàn)碳粒主要由內(nèi)核與外殼兩種結(jié)構(gòu)形式分層共存，但在基本碳粒生成初期，這種分層的結(jié)構(gòu)特征并不明顯，隨著碳粒的生長，微晶碳層不斷疊加，形成大量有序或無序的石墨微晶分層結(jié)構(gòu)。顆粒生成歷程中諸如燃油性質(zhì)、采樣工況和排氣過程等因素均會影響顆粒微觀結(jié)構(gòu)與形貌，結(jié)構(gòu)與形貌的差異會導(dǎo)致顆�；瘜W(xué)性質(zhì)的改變。部分學(xué)者就顆粒微觀結(jié)構(gòu)與形貌對顆粒氧化活性等方面開展研究，Tomasek[31]等發(fā)現(xiàn)碳煙的氧化活性與基本碳粒的排列結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，紊亂無序的碳粒排列可提升碳煙的氧化活性。Yang[32]等結(jié)合試驗與量子化學(xué)計算提出顆粒微觀結(jié)構(gòu)對氧化性能的影響遠大于顆粒表面官能團。(a)顆粒物聚合結(jié)構(gòu)(b)基本碳粒內(nèi)部形貌圖1.4柴油機顆粒微觀結(jié)構(gòu)與形貌Fig.1.4Microstructureandmorphologyofdieselengineparticles

【參考文獻】：
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