柴油机颗粒物分形维数与碳组分的研究

发布时间：2017-10-04 03:34

  本文关键词：柴油机颗粒物分形维数与碳组分的研究

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【摘要】：世界各国正面临着空前严峻的大气环境问题,大气颗粒物PM2.5已成为近年来影响城市大气环境质量的主要问题。机动车排放颗粒物作为城市大气中PM2.5的主要来源,尤其是形貌复杂、粒径极其细小的柴油机颗粒物对人类健康、能见度均造成严重危害。因此,研究柴油机颗粒物的理化特性,有助于深入了解颗粒物的特征,并为大气颗粒物源解析研究提供科学的依据。本文在国家自然科学基金(51376095)的资助下,基于发动机台架试验,采集柴油机排放颗粒物,对柴油机排放颗粒物的理化特性做了系统深入的研究。全文主要工作如下:采用微孔均匀沉积式采样器MOUDI采集并分析高、低两种负荷工况下柴油机排放颗粒物粒度特性。研究表明,柴油机在高、低负荷工况下排放颗粒物质量浓度均按照检测颗粒物粒径尺寸呈现单峰对数正态分布的规律,粒径在0.18~1μm的聚集态颗粒物的质量浓度达到最大值。采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线能谱仪(EDS)和热重分析仪(TGA)检测获取柴油机颗粒物的有机官能团、分析其组成元素,及研究了其挥发特性。傅里叶变换红外光谱仪分析结果显示,柴油机颗粒物中含有多种脂肪族官能团。X射线能谱仪检测出颗粒物中不仅富含大量的C、O元素,还含有多种金属元素。热重分析仪研究不同粒径级颗粒样品的挥发特性表明,颗粒物粒径越小,吸附SOF含量越多。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)获取高、低负荷工况下,不同粒径级颗粒物的形貌结构图,并基于分形理论研究了颗粒物分形特性。结果表明,柴油机排放颗粒物轮廓极其复杂,低负荷工况排放颗粒物比高负荷工况下颗粒物的轮廓更加模糊不清,且颗粒物粒径尺寸越小,其凝聚越紧密。通过MATLAB计算颗粒物的盒维数表明,同一粒径级低负荷工况的颗粒物盒维数略大于高负荷工况。而在相同负荷时,随柴油机颗粒物粒径减小,盒维数有小幅增长的规律。最后,采用有机碳/元素碳分析仪研究获取了柴油机在高、低负荷工况下排放不同粒径级颗粒物的碳组成。研究表明,可作为颗粒物来源辨识依据的OC/EC数值在高负荷工况为0.54~0.70,在低负荷工况为10.77~11.36,且其数值均随粒径增大而减小。
【关键词】：柴油机颗粒 粒径分布 形貌 分形理论 碳组分
【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
【目录】：

• 摘要5-7
• abstract7-11
• 第1章 绪论11-26
• 1.1 引言11-14
• 1.2 柴油机颗粒物研究近况14-24
• 1.2.1 柴油机颗粒物粒度及主要成分的研究15-19
• 1.2.2 柴油机颗粒物形貌结构的研究19-21
• 1.2.3 柴油机颗粒物碳组分的研究21-24
• 1.3 本课题研究的主要内容24-26
• 第2章 柴油机颗粒物粒度及有机组分的研究26-41
• 2.1 试验设备及仪器26-33
• 2.1.1 柴油机主要技术参数26-27
• 2.1.2 主要测试仪器27-32
• 2.1.3 采集重复性试验32-33
• 2.2 试验结果及分析33-40
• 2.2.1 颗粒物粒径分布特性33-35
• 2.2.2 FT-IR分析35-36
• 2.2.3 EDS分析36-38
• 2.2.4 TGA分析38-40
• 2.3 本章小结40-41
• 第3章 柴油机颗粒物形貌结构及分形理论的研究41-53
• 3.1 试验材料及方法41-47
• 3.1.1 FESEM形貌测试的分析方法41-43
• 3.1.2 基于分形理论的分析方法43-47
• 3.2 试验结果及分析47-51
• 3.2.1 FESEM分析结果47-48
• 3.2.2 分形理论分析结果48-51
• 3.3 本章小结51-53
• 第4章 柴油机颗粒物的OC与EC组分分析53-64
• 4.1 试验材料及方法53-56
• 4.1.1 颗粒物采集方法53-54
• 4.1.2 热光碳分析法54-56
• 4.2 颗粒物OC与EC组分分析56-62
• 4.2.1 高负荷工况颗粒物OC、EC随粒径分布56-58
• 4.2.2 低负荷工况颗粒物OC、EC随粒径分布58-62
• 4.3 本章小结62-64
• 第5章 全文总结和展望64-67
• 5.1 全文总结64-65
• 5.2 未来工作展望65-67
• 参考文献67-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士学位期间发表的相关论文75

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