低掺烧比生物柴油排放及颗粒物理化特性研究

发布时间：2017-10-20 12:23

  本文关键词：低掺烧比生物柴油排放及颗粒物理化特性研究

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【摘要】：面对化石能源的过度开采以及环境污染的日益严峻这两个关键问题,开发新能源来替代传统化石燃料已成为现阶段的研究热点。生物柴油因其可再生性和环保性等优点愈加受到专家学者的关注,是一种理想的代用燃料。开展柴油机燃用生物柴油常规排放与颗粒物理化特性的研究存在很大理论价值和应用意义。本文采用试验手段研究了186FA柴油机燃用不同比例调合生物柴油的常规排放特性,利用微孔均匀沉积式碰撞采集器(MOUDI)分析了排气颗粒物质量浓度与粒径分布特性的变化规律。结果表明:低负荷时,生物柴油对常规排放的影响较小,中高负荷时,生物柴油的掺烧比越高,CO、HC与碳烟的排放降幅越大,而NOX的排放上升。颗粒物质量排放随负荷的增加而逐渐上升,同时粒径越高,颗粒物质量浓度越低。高负荷时掺烧生物柴油可明显改善积聚态颗粒的排放,生物柴油添加比例越高,颗粒物质量浓度下降越多。利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)研究了生物柴油对柴油机颗粒物的空间分布及整体形貌等微观形态的影响。基于MATLAB平台完成图像预处理与迭代统计两个主要程序设计,通过引入计盒维数算法(Box-counting)对颗粒物的致密程度和不规则形貌作定量表征。结合热重分析仪(TGA)与高倍透射电镜(HRTEM)两种分析技术研究了掺烧生物柴油对排气颗粒物氧化特性的影响以及微观结构对氧化活性的影响规律。结果表明:燃料中添加生物柴油对粗粒子态颗粒物的堆积情况有显著影响,掺混一定比例范围内的生物柴油对原始粒径影响很小,超出范围后粒径明显增大。中低负荷时,排气颗粒物所包含的原始粒子数量较少,颗粒物形貌较单一,以球状和链状为主,随着发动机负荷的增加,原始粒子数量逐渐增加,原始粒子的凝聚现象加剧,颗粒形貌变得复杂。中高负荷时掺烧生物柴油对颗粒物的微观形貌改善较明显,当掺混比提高时,颗粒的整体尺寸与分形维数均逐渐减小,颗粒物中SOF组分逐渐增加,碳烟组分逐渐越少。掺烧生物柴油易产生多核结构颗粒物,多核颗粒内核的氧化活性高于外壳,氧化过程中会出现中空胶囊状结构,单核颗粒的氧化过程是由外壳逐步过渡至内核,其抗氧化性比多核颗粒好。
【关键词】：生物柴油 柴油机 排放 颗粒物 理化特性
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK421.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 引言10-11
• 1.2 生物柴油的发展概况与研究现状11-15
• 1.2.1 生物柴油国外发展概况11-13
• 1.2.2 生物柴油国内发展概况13-14
• 1.2.3 生物柴油在柴油机上的应用研究14-15
• 1.3 颗粒物的研究现状15-18
• 1.3.1 颗粒物的研究意义15-16
• 1.3.2 颗粒物的生成机理16-17
• 1.3.3 生物柴油对颗粒物的影响17-18
• 1.4 本文主要研究内容18-20
• 第二章 试验设备及试验方法20-28
• 2.1 台架试验系统及试验工况20-24
• 2.1.1 试验用发动机20
• 2.1.2 试验用燃料20-21
• 2.1.3 常规排放测试仪器设备21-22
• 2.1.4 颗粒物采集及粒径测试设备22-23
• 2.1.5 发动机试验工况23-24
• 2.2 颗粒物的分析方法及仪器24-27
• 2.2.1 场发射扫描电镜24-25
• 2.2.2 热分析技术25-26
• 2.2.3 高倍场发射透射电镜26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 低比例生物柴油排放特性研究28-40
• 3.1 常规排放特性28-34
• 3.1.1 CO排放特性28-29
• 3.1.2 HC排放特性29-30
• 3.1.3 NO_X排放特性30-32
• 3.1.4 碳烟排放特性32-34
• 3.2 颗粒物质量排放与粒径分布特性34-39
• 3.2.1 工况对颗粒质量与粒径分布的影响34-36
• 3.2.2 生物柴油对颗粒质量与粒径分布的影响36-39
• 3.3 本章小结39-40
• 第四章 低比例生物柴油排气颗粒物理化特性分析40-58
• 4.1 颗粒物微观形态40-44
• 4.1.1 扫描电镜对颗粒物的形貌分析40-42
• 4.1.2 透射电镜对颗粒物的形貌分析42-44
• 4.2 颗粒物的分形特性44-50
• 4.2.1 分形维数的计算45-46
• 4.2.2 计盒维数46-49
• 4.2.3 颗粒物分形特性的变化规律49-50
• 4.3 颗粒物的氧化特性50-56
• 4.3.1 热重试验分析50-53
• 4.3.2 微观结构对氧化特性的影响53-56
• 4.4 本章小结56-58
• 第五章 全文工作总结与展望58-60
• 5.1 全文工作总结58-59
• 5.2 论文工作展望59-60
• 参考文献60-65
• 致谢65-66
• 发表论文情况66

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本文编号：1067149