碳烟氧化模型的研究及在车用柴油机中的计算应用

提出了一个基于平均反应率的碳烟氧化模型,将其应用于柴油机数值模拟中,并结合试验方法研究了后喷射对碳烟排放的影响。将Hiroyasu碳烟生成模型和文中提出的碳烟氧化模型耦合在CFD源程序中构建多维模型,利用数值解析的手段,根据不同的后喷射方案计算柴油机碳烟的生成和氧化历程,并结合试验数据分析后喷射影响碳烟氧化的各种因素。研究结果表明,采用碳烟氧化模型和试验方法能真实反映柴油机碳烟的生成和氧化历程以及后喷射对碳烟排放的影响规律。     

柴油机三级串联微粒收集消声装置的研制

介绍了基于离心静电技术的柴油机三级串联微粒收集消声装置,该装置利用旋转气流产生的离心力和静电装置产生的电场将碳粒从柴油机废气中分离,并通过红外加热板将碳粒加热使其燃烧。设计了离心静电碳烟微粒收集装置、碳烟微粒燃烧再生装置和碳烟微粒燃烧控制装置,并对柴油机三级串联微粒收集消声装置进行了试验验证,结果表明,柴油机废气碳烟的净化和消声同时达到满意的效果。     

基于机器学习的柴油机碳烟颗粒质量排放预测模型

基于SC7H涡轮增压柴油机试验台架,开展了非道路瞬态试验循环下的柴油机排放试验,研究了瞬态循环的工况对碳烟颗粒质量浓度的影响。收集与碳烟颗粒质量浓度相关的各类传感器数据,构建一个大型的柴油机碳烟排放数据集。构建LGB梯度树模型和循环神经网络模型,采用数据集对它们进行训练,然后采用自学习算法对两种模型进行融合,获得一个更高准确度的预测碳烟质量排放融合模型。预测与实测结果的比较表明,构建的融合模型能较为准确地预测柴油机排放的即DPF入口的碳烟质量浓度实时变化,为柴油机后处理过程中碳载量的准确计算以及控制策略的开发提供参考。     

基于碳烟粒径分布预测的柴油燃烧机理构建与氧含量影响研究

为预测柴油机碳烟排放的粒径分布，选用90%摩尔分数的正庚烷和10%摩尔分数的甲苯作为柴油替代物，分别构建气相动力学机理和表面动力学机理，并将二者耦合，构建成柴油替代物机理（简称HTS机理），将HTS机理结合矩量法数值模型进行了机理验证，并通过改变进气发动机进气氧的体积分数，进一步研究了氧浓度对碳烟粒径分布的影响。研究结果表明，在滞燃期、层流火焰速度、预混火焰关键组分、预混火焰碳烟粒径分布、柴油机缸压与放热率以及柴油机排放物生成等方面，应用HTS机理计算的模拟值与试验值基本一致。使用HTS机理研究氧浓度对碳烟粒径分布的影响表明：随着氧浓度的增加，碳烟颗粒平均数密度降低、数密度峰值减小、数密度峰值对应的颗粒物直径增大；且小粒径（直径0～50 nm）碳烟的数密度随之降低。     

柴油机碳烟排放浓度的预测

本文在国外有关碳烟生成和氧化过程基础研究所获得的理性认识基础上,建立了一个考虑到碳烟先兆物生成、成核、凝聚、集聚和氧化等过程的较为仔细的柴油机碳烟排放预测模型。该模型在110柴油机上作了初步验证,表明模型具有一定的预测能力。     

柴油机碳烟排放的数值模拟及试验研究

考虑碳烟粒子生成速率同时受控于涡团破碎速率和化学反应速率,提出一种输运控制率与碳烟氧化率混合控制模型进行碳烟计算,并用此模型对一台直喷式柴油机燃烧与排放生成过程进行了多维数值模拟。结果表明,计算模拟结果与试验测量结果吻合较好,且使用该模型能够预测柴油机研究样机的碳烟生成与氧化历程。     

柴油机碳烟颗粒在NO气氛下的催化氧化研究

围绕柴油机碳烟颗粒在NO气氛下的催化氧化问题进行相关的实验研究。通过稀土氧化物氧化铈和氧化镧分别负载硝酸盐制备了实验用催化剂,并在催化剂和碳烟颗粒"松接触"情况下,研究了在NO背景下对碳烟颗粒催化氧化过程,实现了在NO背景下对碳烟颗粒催化氧化;实验结果还显示,采用复合性稀土氧化物更能促进碳烟颗粒催化氧化,更有利于同时解决柴油车排放过程中产生的PM和NOx,从而为了开发高性能柴油机用催化剂提供了重要的实验基础。     

柴油机有害排放物及其影响因素

讨论了柴油机有害排放物碳烟、NOx、HC、CO的形成机理和影响因素，并提出了控制措施。     

柴油废气重整柴油机工作过程数值模拟

柴油机的主要排放污染物是碳烟和NOx,柴油重整废气再循环（REGR）可降低NOx和碳烟排放。文章利用三维CFD软件FLUENT,模拟计算并对比分析了ZS195柴油机在原机和柴油废气重整2种情况下的气缸内部燃烧压力、温度、O2浓度、NOx浓度和碳烟浓度。结果表明：柴油废气重整后的气缸内部平均压力和平均温度升高,但是最高温度降低;气缸内部O2浓度降低;NOx排放和碳烟排放同时降低。     

重型柴油机瞬态工况排放和EGR影响的试验研究

本文中对一重型柴油机瞬态工况下的NOx与碳烟排放和引入EGR技术的影响进行试验研究。结果表明,引入EGR后,NOx的瞬态排放有所改善;但碳烟的瞬态排放恶化;关闭EGR阀可缓解碳烟瞬态排放的恶化。通过直流电机EGR阀关闭阶跃试验,揭示了EGR阀的关闭对发动机各项性能的影响规律,为重型柴油机瞬态排放的EGR控制提供了依据。