燃料改性与进气预处理降低甲醇-柴油 PA Hs 的数值模拟

通过构建由228种组分和1584个基元反应组成的甲醇‐柴油 PAHs计算模型,研究了燃料改性方案、空气稀释比以及过量空气系数、初始温度,初始压力对甲醇‐柴油PAHs的影响。结果表明,甲醇‐柴油PAHs模型能准确预测甲醇‐柴油燃烧过程中的反应温度,甲醇摩尔分数,反应中间产物CO ,CO2,O2浓度随时间的变化规律和着火延迟。通过进气预处理,降低空气稀释因子可以有效降低甲醇‐柴油燃烧过程中 PAHs的浓度;采用氢气、甲烷作为燃料添加剂进行燃料改性可以有效改善油气混合,提高火焰温度和火焰的绝热燃烧速度,有利于 PAHs的氧化分解。提高过量空气系数可以增加反应中间产物H和OH自由基的数量,降低芳香烃各组分的浓度;提高反应的初始温度,降低反应初始压力,使得燃烧化学反应始点提前,有利于降低PAHs的浓度。     

不同裂解条件对甲醇-柴油高温裂解产物的影响研究

采用石英管式流动反应器试验装置,配置不同体积掺混比(M0,M5,M10,M15)的甲醇-柴油混合燃料作为试验燃料,采集了混合燃料在不同裂解温度和甲醇掺混比下的裂解产物。应用气相色谱质谱联用仪GC-MS,对不同裂解条件下12种烃类产物的摩尔分数变化规律进行了研究;采用微克天平和扫描电镜SEM,对甲醇-柴油混合燃料裂解生成的炭烟产率及形貌特征的变化规律进行了研究。结果表明:裂解过程中,裂解温度高于973 K时,烷烃和芳香烃的摩尔分数变化率降低,芳香烃的摩尔分数增加,相比于923 K,裂解温度为973 K,1023 K和1073 K时,炭烟产率分别增加了1.7倍、5.1倍和11.6倍;甲醇掺混比增加,烃类物质摩尔分数和炭烟产率降低;裂解温度增加,炭烟的平均粒径降低,乙烷、丙烷、丁烷及丙烯、丁烯、丁二烯的浓度降低;甲醇掺混比增加,炭烟的平均粒径降低,乙烯的摩尔分数增加。     

柴油-甲醇混合燃料对发动机性能的影响研究

配制了不同掺混比例的柴油-甲醇混合燃料,运用GT-Power对燃用不同掺混比例柴油-甲醇混合燃料的单缸直喷柴油机的动力性、经济性及排放性进行了仿真研究。结果表明在柴油机基本结构和参数不作改动的前提下,随着混合燃料中甲醇比例的增大,发动机的动力性有所下降,燃油消耗则明显上升,尾气中NOx和CO排放量下降幅度较大。     

甲醇与柴油互溶性试验研究

助溶剂和温度是影响甲醇/柴油混合燃料稳定性的重要因素。对甲醇/柴油混合燃料进行了临界互溶温度测试,得出了掺混甲醇比例、助溶剂比例与临界互溶温度的关系。结果表明,在甲醇/柴油混合燃料中加入一定量的助溶剂可以使其形成稳定且性能良好的替代燃料。对甲醇/柴油混合燃料的成本估算表明,该混合燃料具有良好的市场前景。     

单缸柴油机掺烧不同比例甲醇混合燃料的仿真研究

对单缸直喷柴油机燃用不同掺混比的甲醇和柴油混合燃料对柴油机动力性、经济性、燃烧特性以及排放性的影响进行了仿真研究。研究结果表明,在柴油机基本结构和参数不作改动的情况下,随着混合燃料中甲醇添加比例的增大,柴油机的动力性有所下降,燃油消耗明显上升,NOX和CO排放量下降幅度较大;甲醇-柴油混合燃料的燃烧特性得到改善,具有较高的燃烧热效率。     

F-T柴油与正丁醇混合燃料的燃烧和排放特性研究

F-T柴油具有十六烷值高、几乎不含硫和芳香烃的特点,正丁醇是能量密度较高的可再生的生物质燃料。在增压中冷4缸柴油机上对比研究了0号柴油、F-T柴油和F-T柴油-正丁醇混合燃料的燃烧、排放特性。结果表明:与柴油相比,掺混丁醇后缸内压力峰值、压力升高率降低;燃用F-T柴油-正丁醇混合燃料可同时降低炭烟和NO_x排放,随着正丁醇掺混比例的提高炭烟排放显著降低,F-T柴油掺混20%正丁醇的炭烟排放降幅高达67.8%,NO_x排放降幅达20.9%。     

生物柴油发动机非常规排放物及测试方法

综述了生物柴油发动机非常规排放物的研究进展,对发动机燃用生物柴油和矿物柴油非常规排放物进行了分析。重点介绍了醛类、酮类、单环芳香烃(MAHs)、多环芳香烃(PAHs)、金属粒子和DDE 6类非常规排放物的主要属性及其测试方法。结果表明,在相同工况下,发动机燃烧生物柴油的醛类、多环芳香烃(PAHs)、单环芳香烃(MAHs)的排放量低于燃烧柴油,但部分金属粒子和DDE的排放量要高于燃烧柴油。非常规排放物,特别是多环芳香烃(PAHs)、金属粒子和DDE有毒、致癌。这些非常规排放物可以通过色谱仪—质谱仪联用、气相色谱仪—火焰离子探测器联用及高效液相色谱仪—紫外线检测器系统联用等方法来测定。     

甲醇柴油发动机循环变动与排放的关系研究

通过在4100BZL增压柴油机上燃用0号柴油和甲醇柴油混合燃料(M5,M10和M15),研究了不同比例甲醇柴油在中高转速时对柴油机循环变动率和NOx排放的影响。结果表明:中高转速时,随甲醇添加比例的增加,发动机燃用3种混合燃料的最高燃烧压力和压力升高率峰值循环变动率逐渐增加。发动机燃用4种燃料的平均指示压力循环变动率均较低,燃烧始点循环变动率较高。发动机燃用3种混合燃料最高燃烧压力和压力升高率峰值循环变动率的规律与NOx排放规律相对应。     

柴油机掺烧不同比例甲醇混合燃料的试验研究

对一台4102QB型直喷式柴油机分别燃用柴油及甲醇-柴油混合燃料时的动力性和排放特性进行了对比试验.试验结果表明,在柴油机参数和基本结构不作任何改动的情况下,随着混合燃料中甲醇添加比例的增加,柴油机的动力性有所下降,烟度和CO的排放量明显降低,HC和NOx的排放量有所增加,但变化幅度不大.     

煤基醇类混合燃料柴油机的燃烧及排放特性

利用煤基费托(Fischer Tropsch,F-T)燃料的高十六烷值特性和醇类燃料的含氧特性,提出了F-T柴油掺烧醇类燃料的煤基混合燃料的思路。在F-T柴油中添加10%体积比的甲醇﹑乙醇与丁醇燃料,通过与0#柴油比较来研究不同的醇燃料对发动机性能的影响规律。结果表明:相对于0#柴油,该混合燃料的燃烧始点提前,燃烧放热中心累计放热量达50%时对应的曲轴转角CA50向后推迟,燃烧放热率第一峰值点降低,预混合燃烧放热量降低;第二峰值点升高,扩散燃烧所占比重增加。在外特性下,混合燃料的NO_x﹑碳烟与HCHO排放都大幅降低,并且相同体积甲醇燃料对于柴油机排放的优化效果更加明显。     

排气温度、排气流量和海拔高度对SCR系统NOx转化率和NH3泄漏量的影响研究

为研究不同海拔下SCR系统性能,分别在80、90、100 k Pa大气压力下对一台满足国五排放标准的高压共轨柴油机进行性能与排放试验,以研究排气温度、排气流量和海拔变化对NO_x转化率和NH₃泄漏量的影响。结果表明:在排气流量为350 kg/h情况下,NO_x转化率随排气温度升高呈现先增后减的趋势,不同温度下NO_x转化率最大差值为43.4百分点;NH₃泄漏量随着温度的升高大体上呈下降趋势,不同温度下NH₃泄漏量最大差值为328×10^-6;NO_x转化率随排气流量升高呈现先增后减的趋势,在250℃时,不同排气流量下NO_x转化效率最大相差21.5百分点;NH₃泄漏量随排气流量的增大而增加,在250℃时,不同排气流量下NH₃泄漏量最大差值为90.8×10^-6。相同工况下,海拔越高,NO_x转化率越高,NH₃泄漏量越小,大气压力为80和100 k Pa下NO_x转化率最大相差20.1百分点,NH₃泄漏量最大相差54.6×10^-6。     

导水夹泥断裂破碎岩内在结构与渗透性（双语出版）

造成深长隧道开挖过程中涌突水危害的主要灾害源为导水夹泥构造。研究断裂破碎岩体内在结构特征与不同构造单元渗透特性可以在一定程度上规避工程施工过程中事故的发生。以甘肃典型导水夹泥断裂带为背景,针对典型断裂破碎岩样进行XRD矿物分析、SEM岩体裂隙内在结构表征、不同构造单元原位压水试验及室内典型破碎岩体渗透试验,分析导水夹泥断裂破碎岩矿物成分、内在结构及渗透系数。研究结果表明：岩样裂隙内的充填物随次生矿物比升高,渗透系数增大;断层核部渗透系数较破碎带与完整花岗岩体大,断层核部粒径浅部比深部大,岩体浅部变质程度比深部破碎,有效孔隙度核部深部比浅部大,比表面积值核部也比影响损伤带及母岩大;横向上,断层核部裂隙密集带具有较高渗透性,随着裂隙密度的降低渗透系数明显降低,且距断层核部越远,渗透系数越低;纵向上,断层带不同构造单元的岩体,其渗透系数由小到大的分布规律为断层泥（<10^-9 m·s^-1）、碎砾、角砾岩（10^-5~10^-7 m·s^-1）、碎裂岩（10^-4~10^-7 m·s^-1）,完整围岩部分（<10^-9 m·s^-1）渗透系数又变小。研究结果可为隧道涌突水防治提供理论与工程指导。     

渗透结晶型材料添加剂对水泥浆液性能影响试验

为获得可用于治理隧道渗漏水的高性能水泥浆液,选取具有优良防水抗渗性能的水泥基渗透结晶型防水涂料Penetron,将其以添加剂的形式加入到水泥浆液中,添加量为水泥总质量的0.6%～1.6%。参照规范使用维卡仪、旋转黏度仪等仪器对水泥浆液黏度、凝结时间和结石率进行研究,使用自行设计的渗透系数测定仪研究注浆体抗渗性能,通过抗压强度试验研究标准养护和全水域养护条件下浆液结石体、注浆体的力学性能,通过SEM扫描试验对添加Penetron的浆液结石体微观结构进行分析。结果表明：Penetron对水泥浆液黏度和凝结时间无负面影响,随着添加量的增多,浆液结石率显著提高,当添加量为1.6%时,浆液结石率可达98.7%;Penetron可改变注浆体内部孔隙结构,有效降低水泥浆液渗透系数,提高注浆体抗渗性能,当添加量从0%增加至1.6%时,注浆体渗透系数从5.03×10^-7 m·s^-1降低至3.40×10^-8 m·s^-1;Penetron的加入还可提高水泥浆液固结体的抗压强度,标准养护28 d,添加量为1.6%的注浆体抗压强度为5.36 MPa;在添加有Penetron的浆液结石体高倍SEM扫描图像中可见树枝状结晶体存在,且结晶体数量随Penetron添加量的增加而增多。根据试验结果和Penetron在水泥浆液中的作用机理分析,证明该材料可作为水泥浆液添加剂使用,当添加量为水泥总质量的1.4%～1.6%时,可获得用于治理隧道渗漏水的高性能注浆材料。     

长寿柔性基层沥青路面的极限应变

长寿柔性路面设计通常采用沥青层底极限拉应变和土基顶部极限压应变作为控制指标。现阶段极限应变指标参照室内试验结果确定，且数值相对固定。而现场路面结构层应变响应值受结构厚度、荷载、环境作用（温度及老化）等因素的影响，在服役过程中不断演化。以2条服役超过35年的柔性路面结构（屯门公路与吐露港公路）为基础，分析了不同服役阶段路面结构层在不同荷载、环境作用下的极限应变响应，探讨了柔性路面极限应变的大概范围。研究结果表明：在初始服役状态下，屯门公路高温状态下沥青层底的极限拉应变为376×10^-6，土基顶部极限压应变为562×10^-6；低温状态下上述极限应变分别降为87×10^-6，249×10^-6；吐露港公路高温状态下沥青层底、土基顶部极限应变分别为149×10^-6，324×10^-6，低温状态下上述应变分别降为50×10^-6，156×10^-6。在经过长期服役后，老化状态下2类路面沥青层底拉应变及土基顶部压应变均大幅降低。屯门公路在使用36年后，某些路段出现零星的疲劳破坏，而吐露港公路则没有发现疲劳破坏。极限应变计算结果表明，路面关键位置的应变受荷载、沥青层厚度、温度和沥青层老化状态等多因素的影响。因此，在进行长寿柔性基层路面设计中，荷载、沥青层厚度、温度及沥青层老化状态等因素都应该考虑在内。     

盾构泡沫改良砂性渣土渗透性及其受流塑性和水压力影响特征研究

为了保证富水砂性地层土压平衡盾构安全掘进,渣土不仅需有良好的流塑性,还需具备较强抗渗性以避免喷涌发生。结合坍落度试验和渗流试验,研究泡沫改良砂性渣土渗流特征及其受流塑性和水压力的影响规律。根据渣土流塑性、析水或析泡沫状态,将改良渣土分为欠改良、流塑性合适、流动性合适但析水、流动性过大(可能析泡沫)和流动性过大且析水等5种状态。通过长时间渗流试验表明,泡沫改良渣土一般经历初始渗流稳定期、快速发展期和缓慢发展期等3个时期。泡沫注入比增大会使渣土抗渗性增强,含水率适当增大也会增强抗渗性,但含水率过大反而会减弱抗渗性。欠改良的渣土初期渗透系数均大于工程要求值10-5 m·s-1,且没有初始渗流稳定期;流塑性合适和流动性过大(可能析泡沫)的渣土初期渗透系数小于10-5 m·s-1,且初始渗流稳定期长;渣土析水量较小(包括流动性合适但析水和部分流动性过大且析水)的渣土渗流特征与流塑性合适的渣土类似,但析水量较大的渣土初期渗透系数均大于工程要求值且无渗流稳定期。最后,通过变化渣土渗流试验水压力发现,随着水压力增大,渣土改良后初期渗透系数降低和渗流稳定期缩短,改良参数的合适范围随着水压力的增大而缩小;当水压力大于一定值后,泡沫改良砂性渣土渗透性不能满足工程要求。     

掺烧比对P50/甲醇双燃料发动机燃烧与排放的影响

燃料富氧重整和双燃料燃烧模式是改善燃烧过程和降低颗粒物排放的重要方法.在一台四缸增压中冷的高压共轨柴油机上,采用进气道喷射甲醇、缸内喷射P50(50％体积比例柴油与50％体积比例PODE)的双燃料模式,研究掺混比对P50/甲醇双燃料发动机燃烧与排放特性的影响.研究结果表明:相比于纯柴油模式,P50及P50/甲醇双燃料燃...     

SCR催化剂铂中毒对DeNOx性能影响的研究

随着排放法规日趋严格,DOC-DPF-SCR后处理系统越来越广泛地应用于柴油机。位于SCR催化剂上游的DOC催化剂,其主要活性组分为贵金属铂、钯,氧化态贵金属在高温时可以气化,并能随排气迁移至SCR催化剂表面,在SCR催化剂上沉积,造成SCR催化剂贵金属中毒。将台架试验后中毒的催化剂制备成小样,并对催化剂进行了性能探究,发现贵金属中毒主要影响DeNO_x的高温阶段(300℃以上)效率;同时在试验室制备两种模拟中毒样件:掺杂涂覆样件和表面涂覆样件,研究了SCR催化剂Pt中毒的现象并分析中毒后的反应机理。掺杂涂覆500×10^-6样件试验结果表明,贵金属中毒后催化剂氧化能力显著提升,氨气泄漏量在350℃降低至0;而选择性还原能力大幅下降,NO_x转化效率在450℃下降至56.3%。表面涂覆50×10^-6样件试验结果与掺杂涂覆500×10^-6相当。两种涂覆方法研究结果表明,中毒主要发生在表层,导致内层催化剂利用率低,吸附的氨气很难传递进催化剂内层,被直接氧化为NO_x和N₂O,导致NO_x转化效率降低。     

不同轴拉性能的超高性能混凝土圆环约束收缩性能

开展2种不同轴拉性能（高应变强化型和应变软化型）的超高性能混凝土（UHPC）的圆环约束收缩性能研究。首先对高应变强化型UHPC及应变软化型UHPC进行单轴拉伸试验及声发射实时损伤定位试验，得到不同龄期时（2，7，28，80 d） UHPC的轴拉应力-应变曲线及其拉伸损伤演化机制。随后对2种UHPC进行圆环约束试验，得到UHPC内钢环的压缩应变-龄期曲线。最后基于高应变强化型UHPC及应变软化型UHPC的轴拉性能（应变强化与否）、抗拉强度发展规律及拉伸损伤演化机制，分析2种UHPC的圆环约束收缩机理。研究结果表明：高应变强化型UHPC的内钢环压缩应变-龄期曲线出现大量幅值小于10×10^-6的锯齿形波动，对应产生的微裂纹宽度小于0.01 mm，与裂缝测宽仪（精度为0.01 mm）在UHPC圆环试件上始终未检测到微裂纹的结论相一致；应变软化型UHPC的内钢环压缩应变随着龄期出现了4次较明显的瞬时突变（28×10^-6，53×10^-6，41×10^-6，18×10^-6），且裂缝测宽仪在UHPC表面检测到了4条微裂缝（0.035，0.050，0.040，0.020 mm），由于拉伸软化特性，后续在其他荷载作用下会导致裂缝持续扩展；高应变强化型UHPC的应变强化特性使其在约束状态下产生的拉应力以多点分布微裂纹（宽度小于0.01 mm）的形式逐步小幅释放，应变软化型UHPC在约束作用下产生的拉应力通过多缝开裂（宽度小于0.05 mm）的方式瞬时部分释放。     

钢纤维特性对UHPC轴拉性能与弯拉性能的影响及对比研究

为定量地研究钢纤维特征参数对超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）受拉性能的影响规律,现对同一纤维体积掺量（2%）下不同纤维长径比（59~100）、不同纤维类型（端钩型与平直型）及无钢纤维的UHPC试件分别开展了轴拉试验与四点弯拉试验。通过选取拉伸全曲线上的初裂点、峰值点及其他几个特征点,定量地分析了UHPC拉伸过程中的轴拉性能与弯拉性能,并对2种拉伸试验下的初裂强度与峰值强度进行了对比与分析,最后利用ABAQUS软件对2种拉伸全曲线进行了有限元倒推分析。研究结果表明：①随着一定范围内的纤维长径比的增加,与轴拉试验相比,UHPC试件的拉伸强度和拉伸韧性在弯拉试验中提升得更明显;②无论是端钩型还是平直型纤维试件,轴拉应变达到3 000×10^-6时的应力均高于7 MPa,且大弯拉变形状态下的强度均仍为弯拉初裂强度的1.17~2.43倍;③有无钢纤维对UHPC轴拉性能与弯拉性能均具有不同程度的裂后增强效果,其中后者优于前者;④在UHPC结构设计中可用考虑尺寸效应修正后的弯拉初裂强度来估算轴拉初裂强度,且扣除纤维取向的影响后,基于ABAQUS有限元软件倒推输入的三折线轴拉本构与实测的轴拉本构基本相符。     

粒孔比对筋-土界面循环剪切特性的影响

加筋土结构的动力性能对公路、铁路、边坡和挡墙等实际工程具有重要意义，因此研究筋-土界面的动力剪切特性具有重要意义。试验选用填料为4种不同粒径范围的粗颗粒土：0.5~1.18 mm，1.18~2.36 mm，2.36~4.75 mm，4.75~8 mm，一种方形网孔的土工格栅，土工格栅的网孔尺寸为30 mm×30 mm，在剪切速率分别为0.25，1，2，5 mm·min^-1，相对密实度分别为22%、55%、75%的条件下，研究填料平均粒径与土工格栅网孔尺寸的比值（粒孔比）对土工格栅-粗粒土界面循环剪切特性的影响。研究结果表明：当粒孔比从0.04增大到0.20时，土工格栅-粗粒土界面的剪应力峰值先增大后减小，粒孔比为0.07时，土工格栅-粗粒土界面的剪应力峰值最大；粒孔比分别为0.04，0.07，0.11，0.20时，土样的最终剪缩量分别为2.547，2.583，3.150，5.021 mm，表明随着粒孔比的增大，土样的最终剪缩量增大；同一循环次数下，粒孔比为0.07时，土工格栅-粗粒土界面的剪切刚度最大；粒孔比为0.20时，土工格栅-粗粒土界面的阻尼比最大；同一循环次数下，当剪切速率从0.25 mm·min^-1增大到5 mm·min^-1时，土工格栅-粗粒土界面的剪应力峰值先增大后减小；随着剪切速率的增大，土工格栅-粗粒土试样的最终剪缩量增大；相对密实度分别为22%、55%、75%的条件下，粒孔比为0.07时，剪应力峰值均达到最大值，分别为66.63，76.79，79.17 kPa。