柴油机排气过程对颗粒形貌及力学特征的影响研究
发布时间：2021-08-13 17:06
柴油机排放颗粒是主要的大气污染物之一,对生态环境和人体健康造成较大危害。我国第六阶段污染物排放法规,对排放颗粒的质量（PM）和数量（PN）均提出了更加严格的要求与限值。在柴油机排气过程中,颗粒经历了碰撞凝并、冷凝吸附等过程,导致颗粒的形貌和尺寸分布发生变化,直接影响了柴油机颗粒数。颗粒的碰撞、凝并等过程是气流与颗粒间作用力共同的结果,与排气压力、气流速度和温度等环境条件有关。开展柴油机排气过程对颗粒形貌与力学特征的研究,对于揭示颗粒凝并过程具有一定的学术价值,为优化柴油机颗粒捕集器（Diesel Particle Filter,DPF）的结构,降低柴油机排放颗粒数提供依据。论文以柴油燃烧形成颗粒的形貌与力学特征为研究对象,采用扫描电镜、透射电镜和原子力显微镜等仪器,对颗粒的形貌、微观结构以及力学等特征参数进行测量,并对上述特征参数的变化规律进行了分析。建立了CFD-DEM碰撞仿真模型,探讨了柴油机排气环境参数的变化过程和排气阶段颗粒碰撞过程的动力学特征参数的变化规律。主要研究工作如下:搭建柴油机试验台架,采集不同负荷、转速以及排气温度时的颗粒,运用扫描电镜,对颗粒的微观形貌、粒径分布和...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
柴油机排气过程
江苏大学硕士学位论文5下随负荷增大先增大后减校ANeer等[12]运用高分辨率透射电子显微镜等试验仪器，对不同转速时颗粒的粒径进行了研究，得到了颗粒粒径随着转速的增加而逐渐增大的变化规律。孙波等[13]运用186FA柴油机，对不同排气位置处的颗粒进行了采集，研究了颗粒的粒径分布、形貌等变化规律。结果表明，在排气管出口处，颗粒粒径逐渐增大，颗粒数量减少，颗粒团聚更为紧密。成晓北等[14]采用SMPS微粒测量装置测量了柴油机不同工况时颗粒的尺寸，分析了颗粒尺寸分布的变化规律，图1.2为柴油机颗粒的粒径分布图，纳米颗粒的粒径小于50nm，超细颗粒的粒径处于50~100nm。图1.2颗粒的粒径分布图[14]Fig.1.2TheparticlesizedistributionJZhu等[15]对柴油机颗粒的分形维数进行了研究，结果表明，随着柴油机负荷的增加，颗粒的分形维数增大，分形维数在1.46~1.88之间。王林等[16]基于全气缸采样系统，运用TEM图像处理技术，研究了柴油机颗粒的分形结构特性。结果表明，柴油燃烧形成的颗粒的分形维数在1.32~1.84之间，且在燃烧过程中先增加后减校围绕颗粒的层面间距、微晶尺寸和弯曲度等微观结构参数的变化规律，国内外学者应用扫描电镜、高倍透射电镜以及原子力显微镜等仪器，研究了颗粒的形貌、微观结构等参数的变化规律。宋崇林等[17]采用Gabor滤波法、OPTA法等图像处理技术，对颗粒微观形貌图像进行处理,获得了颗粒微观结构特征参数微晶尺寸、层面间距、曲率的计算统计方法。结果表明，随着柴油机负荷的增加，平均微晶尺寸增加，层面间距平均值和曲率平均值减校张炜等[18]采用高压共轨柴油机，研究了颗粒微观结构的变化规律。颗粒的层面间距和曲率的变化范围分别在0.36~0.40nm，1.22~1.33范围，微晶尺寸在1.0~2.2nm之间变?
响研究6运用高倍透射电镜对颗粒的微观结构特征进行了分析。结果表明，在额定工况下，Fe300颗粒的基本碳粒子的层面间距、弯曲度增大，微晶尺寸减校Ishiguro等[20]通过相位对比法和空心锥束法两种高倍透射电镜技术对颗粒的微观结构进行了研究。柴油机的颗粒具有相似的微观结构，基本碳粒子的结构随着柴油机运转工况的改变而发生变化。瞿磊等[21]对柴油机颗粒的微观结构参数进行了研究。结果表明，颗粒的层面间距、弯曲度随排气温度的增加而增大，微晶尺寸的变化规律与之相反，呈现降低的趋势。柴油机颗粒的形貌与结构如图1.3所示。可以看出，柴油机颗粒由基本碳粒子聚集而成，柴油机颗粒粒径在20~80nm范围之间，碳粒子呈现不规则的无序状，核心的直径约为10nm[22]。图1.3柴油机颗粒的形貌与结构Fig.1.3Morphologyandstructureofdieselparticles1.3.2颗粒力学特征的研究进展柴油机颗粒处于复杂的气相流场中，颗粒的力学特征和自身的固有属性影响着颗粒的碰撞与团聚等过程。在分析柴油机颗粒间作用力的同时需要对在排气阶段颗粒碰撞过程的动力学特征参数进行分析，考察相应的排气环境对颗粒力学特征参数的影响。其中，吸附力、黏附力以及黏附能等指标参数可以用来表征颗粒的力学特征。颗粒碰撞过程的动力学特征参数主要包括角速度、湍动能、转矩、法向作用力和切向作用力等评价参数[23-25]。Alessio等[26]提出颗粒间的黏附力（Fad）和黏附能（Wad）是颗粒团聚的重要表征参数，Fad的大小反映了颗粒间的团聚程度，Wad的大小说明了颗粒的脱离需要克服相互作用的能垒。陈男等[27]提出杨氏模量（EY）是表征颗粒刚性的物理量。杨氏模量的大小标志了颗粒的刚性强度，杨氏模量值越大，颗粒的结构刚性越大，越不易发生形变，颗粒
【参考文献】：
期刊论文
[1]离心法在海洋碎屑沉积物粒度分级中的应用[J]. 郭倩影,郑妍,李海燕. 海洋地质前沿. 2019(02)
[2]正庚烷/正丁醇扩散火焰中碳烟微观结构的演变[J]. 李中秋,成晓北,邱亮,李英,吴辉. 燃烧科学与技术. 2019(01)
[3]利用原子力显微镜探究颗粒在CO2吸收膜表面的黏附力[J]. 张琳,孙莹,杨林军. 高校化学工程学报. 2019(01)
[4]基于CFD-DEM方法的不同弯径比弯管中气固两相流动特性[J]. 张春燕,马超,晏飞. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2018(06)
[5]PODE/柴油混合燃料燃烧颗粒的粒径分布及微观结构[J]. 杨晨,刘军恒,孙平,嵇乾,姚肖华. 石油学报(石油加工). 2018(06)
[6]柴油机燃用铁基FBC燃油的微粒排放特性[J]. 王玉梅,孙平,冯浩杰,刘军恒,嵇乾. 浙江大学学报(工学版). 2017(10)
[7]在用国Ⅲ/国Ⅳ/国Ⅴ柴油公交车的颗粒物质量及固态PM2.5数量排放特性[J]. 胡志远,磨文浩,宋博,谭丕强,楼狄明. 环境科学研究. 2016(10)
[8]小型非道路柴油机排气管内颗粒的粒径分布与氧化特性[J]. 王忠,孙波,赵洋,瞿磊,赵怀北,李铭迪. 农业工程学报. 2016(10)
[9]甲醇/生物柴油燃烧颗粒的结构特征研究[J]. 瞿磊,王忠,李瑞娜,李铭迪,杨丹. 西安交通大学学报. 2016(05)
[10]沼肥采运车储罐动力学数值模拟与相似模型试验[J]. 刘宏新,孟永超,李彦龙,付露露. 农业工程学报. 2015(17)
博士论文
[1]生物柴油调合燃料缸内废气氛围颗粒物的形成与特征研究[D]. 瞿磊.江苏大学 2017
[2]不同特性燃料条件下柴油机缸内微粒纳观结构、表面官能团及氧化活性的研究[D]. 王林.天津大学 2012
[3]燃煤亚微米颗粒的形成和团聚机制的研究[D]. 魏凤.华中科技大学 2005
硕士论文
[1]柴油机排气颗粒碰撞过程与团聚特征研究[D]. 赵怀北.江苏大学 2018
[2]柴油机缸内颗粒碰撞与凝并过程研究[D]. 杨芳玲.江苏大学 2017
[3]基于离散元素法的动态配料模型预测控制算法研究[D]. 黄立沛.重庆大学 2017
[4]扭曲管内流态化粒子对壁面的磨蚀及碰撞动力学研究[D]. 黄军.湘潭大学 2015
[5]DOC与DPF对柴油机排放颗粒微观特性影响的研究[D]. 李磊.河南科技大学 2014
本文编号：3340816
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
柴油机排气过程
江苏大学硕士学位论文5下随负荷增大先增大后减校ANeer等[12]运用高分辨率透射电子显微镜等试验仪器，对不同转速时颗粒的粒径进行了研究，得到了颗粒粒径随着转速的增加而逐渐增大的变化规律。孙波等[13]运用186FA柴油机，对不同排气位置处的颗粒进行了采集，研究了颗粒的粒径分布、形貌等变化规律。结果表明，在排气管出口处，颗粒粒径逐渐增大，颗粒数量减少，颗粒团聚更为紧密。成晓北等[14]采用SMPS微粒测量装置测量了柴油机不同工况时颗粒的尺寸，分析了颗粒尺寸分布的变化规律，图1.2为柴油机颗粒的粒径分布图，纳米颗粒的粒径小于50nm，超细颗粒的粒径处于50~100nm。图1.2颗粒的粒径分布图[14]Fig.1.2TheparticlesizedistributionJZhu等[15]对柴油机颗粒的分形维数进行了研究，结果表明，随着柴油机负荷的增加，颗粒的分形维数增大，分形维数在1.46~1.88之间。王林等[16]基于全气缸采样系统，运用TEM图像处理技术，研究了柴油机颗粒的分形结构特性。结果表明，柴油燃烧形成的颗粒的分形维数在1.32~1.84之间，且在燃烧过程中先增加后减校围绕颗粒的层面间距、微晶尺寸和弯曲度等微观结构参数的变化规律，国内外学者应用扫描电镜、高倍透射电镜以及原子力显微镜等仪器，研究了颗粒的形貌、微观结构等参数的变化规律。宋崇林等[17]采用Gabor滤波法、OPTA法等图像处理技术，对颗粒微观形貌图像进行处理,获得了颗粒微观结构特征参数微晶尺寸、层面间距、曲率的计算统计方法。结果表明，随着柴油机负荷的增加，平均微晶尺寸增加，层面间距平均值和曲率平均值减校张炜等[18]采用高压共轨柴油机，研究了颗粒微观结构的变化规律。颗粒的层面间距和曲率的变化范围分别在0.36~0.40nm，1.22~1.33范围，微晶尺寸在1.0~2.2nm之间变?
响研究6运用高倍透射电镜对颗粒的微观结构特征进行了分析。结果表明，在额定工况下，Fe300颗粒的基本碳粒子的层面间距、弯曲度增大，微晶尺寸减校Ishiguro等[20]通过相位对比法和空心锥束法两种高倍透射电镜技术对颗粒的微观结构进行了研究。柴油机的颗粒具有相似的微观结构，基本碳粒子的结构随着柴油机运转工况的改变而发生变化。瞿磊等[21]对柴油机颗粒的微观结构参数进行了研究。结果表明，颗粒的层面间距、弯曲度随排气温度的增加而增大，微晶尺寸的变化规律与之相反，呈现降低的趋势。柴油机颗粒的形貌与结构如图1.3所示。可以看出，柴油机颗粒由基本碳粒子聚集而成，柴油机颗粒粒径在20~80nm范围之间，碳粒子呈现不规则的无序状，核心的直径约为10nm[22]。图1.3柴油机颗粒的形貌与结构Fig.1.3Morphologyandstructureofdieselparticles1.3.2颗粒力学特征的研究进展柴油机颗粒处于复杂的气相流场中，颗粒的力学特征和自身的固有属性影响着颗粒的碰撞与团聚等过程。在分析柴油机颗粒间作用力的同时需要对在排气阶段颗粒碰撞过程的动力学特征参数进行分析，考察相应的排气环境对颗粒力学特征参数的影响。其中，吸附力、黏附力以及黏附能等指标参数可以用来表征颗粒的力学特征。颗粒碰撞过程的动力学特征参数主要包括角速度、湍动能、转矩、法向作用力和切向作用力等评价参数[23-25]。Alessio等[26]提出颗粒间的黏附力（Fad）和黏附能（Wad）是颗粒团聚的重要表征参数，Fad的大小反映了颗粒间的团聚程度，Wad的大小说明了颗粒的脱离需要克服相互作用的能垒。陈男等[27]提出杨氏模量（EY）是表征颗粒刚性的物理量。杨氏模量的大小标志了颗粒的刚性强度，杨氏模量值越大，颗粒的结构刚性越大，越不易发生形变，颗粒
【参考文献】：
期刊论文
[1]离心法在海洋碎屑沉积物粒度分级中的应用[J]. 郭倩影,郑妍,李海燕. 海洋地质前沿. 2019(02)
[2]正庚烷/正丁醇扩散火焰中碳烟微观结构的演变[J]. 李中秋,成晓北,邱亮,李英,吴辉. 燃烧科学与技术. 2019(01)
[3]利用原子力显微镜探究颗粒在CO2吸收膜表面的黏附力[J]. 张琳,孙莹,杨林军. 高校化学工程学报. 2019(01)
[4]基于CFD-DEM方法的不同弯径比弯管中气固两相流动特性[J]. 张春燕,马超,晏飞. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2018(06)
[5]PODE/柴油混合燃料燃烧颗粒的粒径分布及微观结构[J]. 杨晨,刘军恒,孙平,嵇乾,姚肖华. 石油学报(石油加工). 2018(06)
[6]柴油机燃用铁基FBC燃油的微粒排放特性[J]. 王玉梅,孙平,冯浩杰,刘军恒,嵇乾. 浙江大学学报(工学版). 2017(10)
[7]在用国Ⅲ/国Ⅳ/国Ⅴ柴油公交车的颗粒物质量及固态PM2.5数量排放特性[J]. 胡志远,磨文浩,宋博,谭丕强,楼狄明. 环境科学研究. 2016(10)
[8]小型非道路柴油机排气管内颗粒的粒径分布与氧化特性[J]. 王忠,孙波,赵洋,瞿磊,赵怀北,李铭迪. 农业工程学报. 2016(10)
[9]甲醇/生物柴油燃烧颗粒的结构特征研究[J]. 瞿磊,王忠,李瑞娜,李铭迪,杨丹. 西安交通大学学报. 2016(05)
[10]沼肥采运车储罐动力学数值模拟与相似模型试验[J]. 刘宏新,孟永超,李彦龙,付露露. 农业工程学报. 2015(17)
博士论文
[1]生物柴油调合燃料缸内废气氛围颗粒物的形成与特征研究[D]. 瞿磊.江苏大学 2017
[2]不同特性燃料条件下柴油机缸内微粒纳观结构、表面官能团及氧化活性的研究[D]. 王林.天津大学 2012
[3]燃煤亚微米颗粒的形成和团聚机制的研究[D]. 魏凤.华中科技大学 2005
硕士论文
[1]柴油机排气颗粒碰撞过程与团聚特征研究[D]. 赵怀北.江苏大学 2018
[2]柴油机缸内颗粒碰撞与凝并过程研究[D]. 杨芳玲.江苏大学 2017
[3]基于离散元素法的动态配料模型预测控制算法研究[D]. 黄立沛.重庆大学 2017
[4]扭曲管内流态化粒子对壁面的磨蚀及碰撞动力学研究[D]. 黄军.湘潭大学 2015
[5]DOC与DPF对柴油机排放颗粒微观特性影响的研究[D]. 李磊.河南科技大学 2014
本文编号：3340816
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