不同结构芳香烃对柴油燃烧颗粒物理化特性的影响

发布时间：2021-04-15 01:38

　　为了研究不同结构的芳香烃对柴油燃烧颗粒物理化特性的影响规律,开展了掺混苯及四氢萘对高压共轨柴油机排气颗粒物理化特性影响的实验研究。分别采用高分辨率透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱仪（RS）、X射线光电子能谱仪（XPS）及同步热分析仪（TG）研究了不同燃料燃烧颗粒物的微观结构、石墨化程度、表面化学特性及氧化活性。实验结果表明:柴油燃烧颗粒的氧化温度最高,为594.5℃;柴油/四氢萘混合燃料燃烧颗粒物次之,为589.8℃;柴油/苯燃烧微粒的氧化温度最低,为575.8℃。此外,较柴油而言,苯/柴油、四氢萘/柴油燃料燃烧微粒的基本碳粒子直径分别增大了0.411nm和2.169nm,并且混合燃料燃烧微粒的D1峰与G峰的面积比与高度比增加,sp3杂化的碳原子数量与sp2杂化的碳原子数量的比值变大,这说明掺混芳香烃后,微粒的石墨化程度下降,纳观结构更加无序。 

【文章来源】：西安交通大学学报. 2020,54(11)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

不同燃料燃烧颗粒物的微观形貌

图2为不同燃料燃烧微粒的基本碳粒子的粒径分布图。从图中可以看出，较柴油而言，混合燃料燃烧微粒中粒径较大的基本碳粒子比例增多，而粒径较小的基本碳粒子比例减少。图2也给出了不同燃料燃烧微粒的平均粒径珡Dp，不同微粒的珡Dp从大到小的顺序是柴油/四氢萘>柴油/苯>柴油。相较于柴油而言，柴油/苯、柴油/四氢萘燃烧微粒的珡Dp分别增加了0.411nm和2.169nm。这是因为混合燃料中含有大量微粒生长所需的芳香烃与类芳香族自由基，因此促进了较大粒径基本碳粒子的生成[17]。同时，相较于混合燃料而言，柴油的H、C摩尔比更高，燃烧环境中有更多的H，这些H会产生大量的OH基团，而OH基团会进一步促进燃烧反应的进行，从而导致柴油燃烧微粒的基本碳粒子直径变小[20]。

图4给出了不同燃烧微粒的ID1/IG和AD1/AG。从图中可以看出，柴油/苯燃烧微粒的ID1/IG最大，柴油/四氢萘次之，而柴油最小。这表明混合燃料燃烧微粒基本碳粒子中位于石墨层边缘的碳原子数量变多。此外，从图中还可以看出，3种微粒AD1/AG的变化趋势与ID1/IG的变化趋势一致，这说明柴油/芳香烃燃烧微粒结构的更加无序。类似地，Jansma等利用TEM发现，相较于芳香烃含量较低的燃料而言，芳香烃含量较高的燃料燃烧产生的微粒石墨化程度更低[24]。此外，Cadrazco等发现，相较于只含有直链烷烃的可再生柴油而言，超低硫柴油（ULSD）燃烧微粒具有更大的AD1/AG，这说明芳香烃的加入使得燃烧微粒更加无序[25]。图3 不同燃料燃烧颗粒物的一阶拉曼光谱及分峰结果


本文编号：3138413