柴油机排气输运过程颗粒微观结构与氧化特性的分析

为探讨柴油机颗粒在排气管内部输运过程中颗粒碳结构与氧化特性的演变规律,采用微孔冲击式采样装置MOUDI对186F柴油机标定工况下的排气管不同位置颗粒进行采集。利用高倍透射电镜对采集的颗粒形貌进行拍摄,对颗粒的微晶尺寸、层面间距和弯曲度等结构参数进行测量与分析;采用拉曼光谱仪,结合五带拟合法,对颗粒的石墨化程度的演变规律进行研究;进行氧化特性试验,并采用热重分析仪分析输运过程中颗粒物的氧化特性,通过归一化处理分析颗粒的结构参数、石墨化程度和氧化特性之间的关系。结果表明:在排气输运过程中,颗粒中基本碳粒子的微晶排列有序程度降低,内核与外核边界趋于模糊,颗粒的微晶尺寸减小,层面间距和弯曲度的平均值增大;颗粒的ID1/ID2值减小了约12.9%,ID1/IG值增大了约38.3%,说明颗粒输运过程中,排气颗粒的石墨化程度降低;颗粒的反应表观活化能由157.3kJ·mol~(-1)减小到127.9kJ·mol~(-1),颗粒的着火温度由546℃降低至501℃,燃烧特性指数由8.16×10-9增加到1.62×10~(-8),燃尽指数由0.010 97增加到0.012 56,表明颗粒物热解活化能降低,颗粒更易氧化。     

O2和 NO2气氛下柴油机炭烟氧化过程及其化学反应动力学参数研究

用热重分析仪对 O2和 NO2气氛下柴油机炭烟的氧化过程进行了试验研究,并利用程序升温氧化（TPO）试验对其化学反应动力学参数进行了研究,建立了 O2和 NO2气氛下柴油机炭烟氧化过程的化学反应动力学模型,并用模型对 O2和 NO2对炭烟的氧化效果进行了对比分析。研究结果表明：柴油机炭烟在 O2气氛下大约从700 K 时开始氧化,氧化反应的活化能为76．8 kJ／mol ,对 O2的反应级数为0．85;而在 NO2气氛下大约从600 K时开始氧化,氧化反应的活化能为21．9 kJ／mol ,对 NO2的反应级数为0．85。在柴油机排气组分条件下,当温度低于750 K 时,NO2氧化炭烟引起的炭烟质量减少占主导;而当温度高于800 K 时,O2氧化炭烟引起的炭烟质量减少占主导。     

煤基燃料燃烧颗粒物对颗粒捕集器沉积过程的影响

探讨了柴油机燃用代用燃料后,排气颗粒物结构特征的变化规律。依据柴油机台架试验,使用0%、5%、15%甲醇掺混比的F-T(Fischer–Tropsch)合成柴油,在标定工况下采集颗粒。用同步辐射小角散射分析方法测量颗粒物摩擦力、粒径等参数。基于实验数据,在EDEM软件中建立颗粒模型,模拟了颗粒碰撞沉积过程。结果表明：随甲醇掺混比的增加,甲醇、F-T柴油燃烧颗粒间摩擦力增加0.6 N,平均粒径增加2.44 nm。沉积过程中,颗粒捕集器（DPF）单元体非迎风面的沉积量急剧增加;颗粒沉积效率随沉积时间的增加而增加;随摩擦力增大、粒径增大,颗粒层厚度及颗粒链长度也随之增加。甲醇掺混比的改变使得颗粒整体向更多、更细的方向变化,燃料类型及掺混比的改变显著影响了颗粒在DPF载体上的沉积状态。     

EGR氛围参数对柴油机颗粒物氧化特性的影响

针对柴油机EGR氛围产生的颗粒,采用热重分析法,考察了各颗粒样品的氧化失重过程,分析了EGR率、EGR废气组分、EGR温度等EGR氛围参数对颗粒氧化特性的影响,研究了不同氧化氛围、升温速率等氧化氛围参数对颗粒氧化过程的影响。结果表明,随着EGR率的升高,颗粒中SOF组分含量增加,炭烟组分含量减少,失重率峰值在低温失重区升高,在高温失重区降低,且对应的峰值温度均增加。相同EGR率时,随着EGR废气温度的升高,颗粒的氧化性能随着反应温度的提高而降低。EGR组分不同时,与废气、N2循环相比,在CO2循环下生成的颗粒失重速率更快,反应温度降低,颗粒更易氧化。随着升温速率的提高,颗粒的失重率峰值变化不大,颗粒的氧化反应出现滞后现象,特征点温度升高,颗粒的氧化性能随着升温速率的提高而降低。     

土石混合料结构强度的微观分析

根据颗粒随筛孔直径的质量分布函数,求出土石混合料粗颗粒部分颗粒总数,进而确定出土石混合料粗颗粒部分等效半径.基于散粒体平均应力与颗粒微观接触力之间的关系,引入颗粒形状修正系数,得到土石混合料的三维应力-应变关系.结果表明:影响土石混合料结构强度的主要因素有孔隙比、等效粒径、形状修正系数及刚度比例系数等参数,其中形状修正系数越大,等效半径及孔隙比越小,土石混合料的力学性能越好,反之越差.     

原状黄土的孔径分布特征分析

基于土-水特征曲线,以陇东高原典型黄土为研究对象,对原状黄土的孔径分布进行理论计算,得到了原状黄土的比表面积和总孔隙体积值、基质吸力与孔隙半径、单位质量土体孔隙体积与平均孔径、单位质量土体的累积孔隙体积与平均孔径的关系。数据拟合的结果表明:基质吸力的对数与孔隙半径呈幂函数关系,当孔隙半径50 000时,基质吸力随着孔隙半径的增大而迅速减小,而在孔隙半径50 000以后,基质吸力随孔隙半径的增大变化量很小。单位质量土体的孔隙体积与平均孔径近似呈线性关系,而单位质量土体的累积孔隙体积与平均孔径呈指数关系。研究结果可为黄土的物理力学特性及水理特性研究提供理论基础。     

铁基燃油添加剂对柴油机颗粒排放影响的试验研究

基于发动机试验台架,对柴油中添加微量的铁基燃油添加剂进行了试验,从颗粒物数量浓度和粒径的分布特性、排气烟度、颗粒物的氧化特性等方面研究了燃油添加剂对柴油机颗粒物排放的影响。研究结果表明：燃油添加剂能降低柴油机排气温度和排气烟度。加入添加剂后,核模态颗粒数量浓度增加,峰值粒径也增加;积聚态颗粒数量浓度无明显变化;颗粒物总数量浓度增加,但添加剂浓度对颗粒数量浓度影响较小。添加剂使颗粒物中SOF含量增加,同时也使得微粒的氧化表观活化能和起燃温度都降低。     

柴油机排气过程对颗粒粒径及表面官能团的影响

通过运用发动机排气颗粒粒径谱仪(EEPS)采集了186F柴油机排气管不同位置的颗粒,分析了排气过程对颗粒粒径的影响。采用傅立叶红外光谱仪和X射线光电子能谱仪,对排气管不同位置采集的颗粒进行检测,研究排气过程对颗粒表面官能团的影响。研究结果表明,柴油机排气过程中,沿着气流运动方向,颗粒的平均粒径逐渐增大,核态颗粒的占比逐渐下降。排气过程中,颗粒表面化学组分基本一致,随着排气过程的进行,颗粒的表面脂肪族碳氢含量增加,颗粒中的C=O和C-OH含量上升,颗粒的氧化活性提高,有利于柴油机后处理装置DPF的再生。     

进气道螺旋段关键结构参数多目标优化设计

采用气道稳流试验、CFD稳态模拟,结合多目标优化设计手段,研究YN柴油机单螺旋进气道螺旋段的最小截面积、蜗壳内半径、蜗壳外半径和螺旋室高度4个关键结构参数对气道流动特性的影响。结果表明:通过回归分析获得的近似数学模型,可实现气道结构参数与气道性能的正向定量研究;通过对原机气道螺旋段结构参数的多目标优化,可实现在流量系数小幅降低(0~3.98%)的条件下,涡流比的明显提高(9.3%~14.34%)。     

EGR对煤制油-生物柴油气体及颗粒排放特征的影响

为研究废气再循环(EGR)对煤制油-生物柴油混合燃料NO_x,CO和HC等气体排放物及炭烟颗粒排放特征的影响,在四缸增压中冷柴油机上,以FB50(50%煤基F-T柴油和50%生物柴油的混合物)为试验燃料,测量了标定转速2 100r/min下,负荷为25%,50%和75%,EGR率为0,10%,20%和30%时的NO_x,CO和HC比排放,研究了颗粒的粒径分布、碳氧质量之比(φC/O)、可溶性有机物与固态炭烟质量之比(φSOF/Soot)和氧化活性等特征参数。结果表明:在转速和负荷一定时,EGR能显著降低柴油机的NO_x比排放,最大降幅为52%;EGR率高于20%时,中高负荷下CO,HC明显增加;随着EGR率的增加,小于1μm颗粒的数密度逐渐增加。颗粒的φC/O与峰值粒径呈正相关,颗粒的φSOF/Soot与活化能呈负相关。EGR率在0～30%的范围内,低负荷时核态颗粒数密度增加,颗粒的φC/O变小,φSOF/Soot变大,颗粒易被氧化;中高负荷时积聚态颗粒的数密度明显增加,颗粒的φC/O变大,φSOF/Soot变小,颗粒较难被氧化。     

不同干湿循环路径下Q2原状黄土强度与微观结构演化试验

为探明不同干湿循环路径对Q₂原状黄土宏观强度和微观结构的影响,考虑地下黄土赋存环境,开展了3种干湿循环路径下的三轴剪切试验、核磁共振测试和扫描电镜试验,分析了Q₂原状黄土强度、微观孔隙分布和土颗粒结构的演化规律与特征,并结合矿物成分变化探讨了相互之间的影响关系。研究结果表明：不同干湿循环路径下,宏观参数-黏聚力与微观参数-孔隙分布、孔隙和土颗粒平均直径均表现出不同程度的劣化效应,参数衰减趋势完全一致,即干湿循环幅度越大,上限含水率越高,衰减越严重,劣化效应越明显。宏观参数-内摩擦角与微观参数-孔隙和土颗粒结构演化特征相似,即内摩擦角小幅波动,孔隙与土颗粒的形态、结构复杂度和排列有序性基本稳定。考虑干湿循环幅度、上限含水率和循环次数3种参数,构建了微观孔隙劣化特征函数,解释了不同干湿循环路径下的孔隙劣化特征,揭示了Q₂原状黄土微观孔隙损伤劣化两阶段发展规律,即波动式损伤积累上升阶段和损伤劣化稳定阶段。相关研究成果可为不同循环路径下的原状黄土宏微观劣化认知提供有益参考。     

氧化催化器对柴油机NO2排放影响的仿真研究

利用流体分析软件Fire建立了柴油机氧化催化器(DOC)的三维仿真模型,并通过试验验证了模型的有效性。通过仿真模型分析了空速、DOC入口温度、NO与NOx浓度比(RNO)、CO浓度和HC浓度对柴油机DOC后NO2与NOx浓度比(RNO2)的影响。仿真结果表明:增加空速,DOC后的RNO2降低;DOC入口的RNO、CO浓度、HC浓度增大,DOC末端的RNO2增加;DOC后的RNO2随DOC入口排气温度的增加先升高后降低,在600K附近达到最大值。     

钢纤维和聚合物乳液对混凝土力学性能及微观结构特征影响研究

通过掺入钢纤维和聚合物乳液改善混凝土的微观结构及力学性能,测试得到钢纤维混凝土、聚合物乳液改性混凝土和钢纤维聚合物混凝土工作性能及3 d、28 d、90 d力学性能。利用氮吸附试验、压汞试验及密度法测试得到混凝土的总孔隙体积、体积中值孔径、闭口孔隙率等微观孔结构特征参数,分析钢纤维和聚合物乳液对混凝土微观结构特征及力学性能的影响规律。研究结果表明:在混凝土中复掺钢纤维和聚合物乳液后,抗压强度变化不大,但3 d、7 d及90 d抗折强度分别提高了24.1%～69.5%、34.3%～70.5%、3.4%～43.7%,压折比从6.37～8.34变化到3.99～5.93;混凝土总孔隙体积、总比表面积、平均孔径及体积中值孔径下降,闭口孔隙率增加;钢纤维掺量宜为0.6%～0.9%,乳液最佳掺量为6%～9%。钢纤维和聚合物乳液有效改善了混凝土的韧性和微观结构特征,且复掺作用效果明显优于单掺。     

基于Taguchi算法的OP2S柴油机气口结构参数优化

采用GT-Power以等效二冲程方法建立对置二冲程(OP2S)柴油机一维仿真模型,以进气口高度、排气口高度、进气口宽度圆周比、排气口宽度圆周比为试验参数,设计正交试验,并以平均指示压力、给气比、扫气效率为评价指标,利用Taguchi算法分析仿真结果的信噪比,优化试验参数,得到了各参数对OP2S柴油机换气效果的影响程度顺序与最优气口结构.结果表明,利用Taguchi算法可得到OP2S柴油机气口的最优参数组合,从而有效提高OP2S柴油机的换气性能.     

地基系数K_(30)与变形模量E_(v2)、E_(vd)相关关系分析

中国高铁路基施工质量检测使用K_(30)、E_(v2)和E_(vd)共3种力学指标及其他参数共同形成质量保障体系,其中K_(30)、E_(v2)和E_(vd)在试验装置及力学性质上具有一定的相似性。为研究其相关关系并探索简化检测体系,采用理论分析、现场试验及有限元分析等方法分析了K_(30)、E_(v2)和E_(vd)的一元线性相关关系。分析结果表明:现场试验、有限元分析的一元线性回归相关系数具有一致性且相关关系趋势一致;K_(30)与E_(v2)之间线性相关性最高;E_(vd)在荷载施加方式上与K_(30)、E_(v2)均不同,反映在相关性上也有一定的差异,E_(vd)与K_(30)的相关性高于E_(v2);在路基施工检测中可以适量地减少K_(30)的测点数量,用E_(v2)及E_(vd)作为补充;E_(vd)试验用作快速试验方法。     

纳米燃油添加剂对柴油机颗粒物排放特性的影响

在186FA柴油机上对质量分数为50mg/kg和100mg/kg的CeO2或Co3O4纳米颗粒-柴油混合燃料进行颗粒物排放特性台架试验,采用扫描电镜和热重分析仪对采集到的颗粒物样品进行微观结构形貌及热重特性分析。结果表明:纳米CeO2和Co3O4颗粒均可改善柴油机颗粒物排放,与0号柴油相比,混合燃料颗粒物比排放量下降16.4%~35.9%;混合燃料颗粒物排放的粒径分布仍呈单峰分布的特点,峰值均在0.56~1.0μm区间内,微观形态下的粒径和孔隙率明显变小,团聚程度提高;混合燃料燃烧过程中颗粒物发生氧化反应的起燃温度、失重率峰值温度及燃尽温度均有所降低,最大失重率明显增加。     

正交试验设计方法在柴油机燃烧系统参数仿真优化中的应用

本文尝试在CFD模拟软件FIRE上采用正交试验设计方法,提取柴油机燃烧系统油、气、室的关键参数,即燃烧室口径比、缩口比、缩口半径、喷射锥角、涡流比,安排三水平正交模拟试验。计算结果采用方差分析进行分析,得出柴油机燃烧系统参数对发动机动力性和排放性的影响并找到较优的参数组合。     

基于软化点的温拌沥青老化动力学研究

在不同老化温度下,对2种基质沥青和2种温拌改性沥青进行老化试验,测试沥青不同老化时间后的软化点,采用线性回归的方法计算反应速率常数、老化反应活化能和指前因子等参数,得到基于软化点的沥青老化动力学模型.分析表明温拌改性沥青反应速率常数较小、老化反应活化能较高,较基质沥青具有较好的抗老化性能.     

二灰砂砾级配参数研究

为建立混合料路用性能与组成材料之间的关系,在室内对3种类型、5个方案二灰砂砾进行了测试,通过分析粗级配参数、比表面积与强度增长率、干缩抗裂性能之间的关系,发现粗级配参数与强度增长率、骨料比表面积与混合料干缩抗裂性能密切相关,最终建立了粗级配参数与强度增长率关系式。研究表明,反应集料组成特性的粗级配参数、比表面积可用于评价二灰砂砾混合料强度增长及抗裂性能评价。     

2008年柴油机排放控制回顾

扼要回顾了2008年柴油机排放法规、发动机技术,以及氮氧化物(NO<,x>)、颗粒和碳氢化合物(HC)控制方面的典型进展.欧洲有意在技术上与美国协调一致,决定于2013年实施欧6重型车排放法规.一项新的颗粒数标准将被采纳.加利福尼亚州正在考虑将轻型车队平均排放值收紧到美国第2阶段(Tier 2)第2级(Bin 2)的排...