废气再循技术对正丁醇/柴油燃烧颗粒结构及分形特征的影响
发布时间：2021-09-07 00:18
为深入了解添加含氧燃料和废气再循环技术（exhaust gas recirculation,EGR）共同作用对颗粒结构及分形特征的影响,运用颗粒分级采样装置采集了EGR率分别为0、10%、20%时,柴油机燃用正丁醇质量百分比为10%的正丁醇/柴油混合燃料（N10）的燃烧颗粒（N10EGR0、N10EGR10%、N10EGR20%）,通过电镜试验和图像处理技术,开展了不同EGR率对正丁醇/柴油燃烧颗粒的影响研究,分析了颗粒群的微观结构、平均粒径、分形维数,基本碳粒子的层面间距、微晶尺寸等物理结构参数的变化规律,结果表明,N10EGR0、N10EGR10%、N10EGR20%燃烧颗粒群整体呈现团簇状结构,颗粒粒径范围主要集中在3070 nm之间,呈正态单峰分布;随着EGR率的增加,粒径范围向大粒径方向移动,平均粒径逐渐增大,N10EGR20%与N10EGR0相比,平均粒径增大约为19%;计盒维数逐渐减小,表明颗粒间的团簇程度逐渐减弱。不同EGR条件下的基本碳粒子结构相似,呈指纹状球形碳层结构,随EGR率的增加,基本碳粒子的内核碳层排列无序性和外壳石墨晶体结构无规则性增...
【文章来源】：农业工程学报. 2016,32(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
基本碳粒子的微观结构层Fig.1Microstructurelayerofbasiccarbonparticles
农业工程学报（http://www.tcsae.org）2016年EGR率分别为0、10%、20%时，柴油机燃用N10混合燃料燃烧产生的颗粒在扫描电镜下放大10万倍的形貌结构如图2a~c所示，可以看出，N10EGR0、N10EGR10%、N10EGR20%颗粒群在范德华力、静电力、液体架桥力等粘附力的作用下，由成百上千个粒径不等的准球状基本碳粒子堆积而成，形成疏密程度不同的颗粒群[19-20]。柴油中掺混正丁醇，在燃烧过程中，正丁醇分子中各个碳位及羟基上易发生脱氢反应，生成微量的水分子，促进了颗粒间的粘附作用，颗粒群整体呈现团簇状结构。随着EGR率的增加，颗粒群的粒径逐渐增大。在SEM图像上，采用NanoMeasurer对单位面积内颗粒的粒径进行统计，继而求得颗粒的平均粒径。不同EGR率条件下的颗粒粒径分布及平均粒径如图3所示。可以看出，柴油机颗粒粒径范围主要集中在30~70nm之间，呈现正态单峰分布；随EGR率的增加，颗粒的粒径范围逐渐向大粒径方向移动，颗粒的平均粒径增大，N10EGR0条件下颗粒的平均粒径为48.7nm；N10EGR20%条件下颗粒的平均粒径为58.2nm，主要是由于中负荷时，空燃比较小，随着EGR率的增大，降低了缸内的氧浓度，缸内高温缺氧区域增多，易形成较多的颗粒，颗粒间发生碰撞凝并的几率增大，形成聚积态颗粒，聚集态颗粒数量浓度在各粒径下有所增大，核膜态颗粒数量浓度在各粒径下有所减少，颗粒的平均粒径增大。2）计盒维数通过对N10EGR0颗粒的SEM图像的计盒维数进行计算，获得二值化阙值，得到N10EGR0颗粒lgN（r）-lgr的关系，进行曲线拟合后的结果如图4所示，可以看出，拟合曲线的线性回归系数为0.99888，此时N10EGR0燃烧颗粒的计盒维数为1.99851，采用同样的方法对N10EGR10%、N10EGR20%颗粒的计盒维数进行计算，得到不同EGR条件下颗粒的?
第1期瞿磊等：废气再循技术对正丁醇/柴油燃烧颗粒结构及分形特征的影响图6燃用N10在不同EGR条件下的基本碳粒子层面间距Fig.6FringeseparationdistanceofN10basiccarbonparticlesunderdifferentEGRrates大，获得基本碳粒子的微观结构。通过对获得的TEM图像进行处理和计算，得到基本碳粒子的层面间距、微晶尺寸、弯曲度等微观物理特性参数。探讨不同EGR条件下柴油机燃用N10产生的颗粒微观形态特性以及石墨化程度的变化规律。1）基本碳粒子的结构特征不同EGR条件下，燃用N10的颗粒放大50万倍的TEM图像如图5a~c所示，放大150万倍的TEM图像如图5d~f所示，从图5a~c可以看出，柴油机燃用N10产生的基本碳粒子经碰撞凝并串联在一起形成链簇状结构，基本碳粒子的粒径、结构、环境氛围决定了它们相互间的凝并程度[22]，相交时呈现出不同的致密性，几个基本碳粒子重叠在一起，形成了TEM图像中颜色较深的区域。链簇状大小以及颗粒群包含的基本碳粒子的个数随着EGR率的增加而增大，表明EGR的引入能够促进颗粒生长过程中基本碳粒子的凝并，形成链簇状较大的颗粒。从图5d~f可以看出，不同EGR条件下的基本碳粒子结构基本相似，都呈现指纹状的球形碳层结构，主要由内核和外核两部分组成，内核为无定形结构的碳微晶结构，中心区域表现为皱褶、弯曲、不规则排列的碳层结构；外壳为石墨微晶结构，表现为规则的、层次清晰的微晶碳层结构[23-24]。随着EGR率的增加，基本碳粒子内核碳层排列无序性增强，外壳石墨晶体结构无规则性增强，边界变得模糊。与内核碳层处原子相比，外壳碳层边缘处的原子活性较高，EGR率的增加导致废气中CO2浓度的增加，碳层边缘的原子更易氧化，同时氧化过程中释放的热量会对内核进行加热，使有机成分发生脱氢反应，内?
本文编号：3388473
【文章来源】：农业工程学报. 2016,32(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
基本碳粒子的微观结构层Fig.1Microstructurelayerofbasiccarbonparticles
农业工程学报（http://www.tcsae.org）2016年EGR率分别为0、10%、20%时，柴油机燃用N10混合燃料燃烧产生的颗粒在扫描电镜下放大10万倍的形貌结构如图2a~c所示，可以看出，N10EGR0、N10EGR10%、N10EGR20%颗粒群在范德华力、静电力、液体架桥力等粘附力的作用下，由成百上千个粒径不等的准球状基本碳粒子堆积而成，形成疏密程度不同的颗粒群[19-20]。柴油中掺混正丁醇，在燃烧过程中，正丁醇分子中各个碳位及羟基上易发生脱氢反应，生成微量的水分子，促进了颗粒间的粘附作用，颗粒群整体呈现团簇状结构。随着EGR率的增加，颗粒群的粒径逐渐增大。在SEM图像上，采用NanoMeasurer对单位面积内颗粒的粒径进行统计，继而求得颗粒的平均粒径。不同EGR率条件下的颗粒粒径分布及平均粒径如图3所示。可以看出，柴油机颗粒粒径范围主要集中在30~70nm之间，呈现正态单峰分布；随EGR率的增加，颗粒的粒径范围逐渐向大粒径方向移动，颗粒的平均粒径增大，N10EGR0条件下颗粒的平均粒径为48.7nm；N10EGR20%条件下颗粒的平均粒径为58.2nm，主要是由于中负荷时，空燃比较小，随着EGR率的增大，降低了缸内的氧浓度，缸内高温缺氧区域增多，易形成较多的颗粒，颗粒间发生碰撞凝并的几率增大，形成聚积态颗粒，聚集态颗粒数量浓度在各粒径下有所增大，核膜态颗粒数量浓度在各粒径下有所减少，颗粒的平均粒径增大。2）计盒维数通过对N10EGR0颗粒的SEM图像的计盒维数进行计算，获得二值化阙值，得到N10EGR0颗粒lgN（r）-lgr的关系，进行曲线拟合后的结果如图4所示，可以看出，拟合曲线的线性回归系数为0.99888，此时N10EGR0燃烧颗粒的计盒维数为1.99851，采用同样的方法对N10EGR10%、N10EGR20%颗粒的计盒维数进行计算，得到不同EGR条件下颗粒的?
第1期瞿磊等：废气再循技术对正丁醇/柴油燃烧颗粒结构及分形特征的影响图6燃用N10在不同EGR条件下的基本碳粒子层面间距Fig.6FringeseparationdistanceofN10basiccarbonparticlesunderdifferentEGRrates大，获得基本碳粒子的微观结构。通过对获得的TEM图像进行处理和计算，得到基本碳粒子的层面间距、微晶尺寸、弯曲度等微观物理特性参数。探讨不同EGR条件下柴油机燃用N10产生的颗粒微观形态特性以及石墨化程度的变化规律。1）基本碳粒子的结构特征不同EGR条件下，燃用N10的颗粒放大50万倍的TEM图像如图5a~c所示，放大150万倍的TEM图像如图5d~f所示，从图5a~c可以看出，柴油机燃用N10产生的基本碳粒子经碰撞凝并串联在一起形成链簇状结构，基本碳粒子的粒径、结构、环境氛围决定了它们相互间的凝并程度[22]，相交时呈现出不同的致密性，几个基本碳粒子重叠在一起，形成了TEM图像中颜色较深的区域。链簇状大小以及颗粒群包含的基本碳粒子的个数随着EGR率的增加而增大，表明EGR的引入能够促进颗粒生长过程中基本碳粒子的凝并，形成链簇状较大的颗粒。从图5d~f可以看出，不同EGR条件下的基本碳粒子结构基本相似，都呈现指纹状的球形碳层结构，主要由内核和外核两部分组成，内核为无定形结构的碳微晶结构，中心区域表现为皱褶、弯曲、不规则排列的碳层结构；外壳为石墨微晶结构，表现为规则的、层次清晰的微晶碳层结构[23-24]。随着EGR率的增加，基本碳粒子内核碳层排列无序性增强，外壳石墨晶体结构无规则性增强，边界变得模糊。与内核碳层处原子相比，外壳碳层边缘处的原子活性较高，EGR率的增加导致废气中CO2浓度的增加，碳层边缘的原子更易氧化，同时氧化过程中释放的热量会对内核进行加热，使有机成分发生脱氢反应，内?
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