EGR对生物柴油燃烧及碳烟颗粒形成的影响研究

发布时间：2017-10-21 04:21

  本文关键词：EGR对生物柴油燃烧及碳烟颗粒形成的影响研究

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【摘要】：大气污染危害人类健康,柴油机排出NO_x和颗粒物(PM)是大气污染的主要原因之一。生物柴油含氧、不含硫,可以有效降低柴油机PM的排放,但可能增加NO_x的排放。废气再循环(Exhaust gas recirculation,EGR)是一种降低NO_x的有效技术手段,在轻型车上得到了广泛应用。但应用EGR技术,对柴油机的PM排放也会产生一定的影响。论文针对燃烧生物柴油、应用EGR技术后,颗粒前驱体的形成机理、缸内燃烧过程、颗粒的粒径、形貌、石墨结构和氧化特性进行研究,探讨了EGR对生物柴油颗粒前驱体形成路径、颗粒前驱体生成量、缸内燃烧过程、颗粒粒径、形貌、石墨结构和氧化特性的影响。主要研究工作和结论如下:采用数值模拟的方法,开展了生物柴油颗粒前驱体形成路径和生成量的研究。应用CHEMKIN软件,构建并验证了包含多环芳香烃形成的生物柴油机理文件。采用闭式均相模型,研究了EGR对生物柴油颗粒前驱体生成路径的影响,分析了不同EGR率时生物柴油燃烧中苯、萘、菲、芘、C_2H_2和C_3H_3生成量的变化规律。研究结果表明,苯主要是通过基元反应C_3H_3+C_3H_3=C6H6生成。随着EGR率的增加,生成和消耗苯、萘、菲和芘的基元反应最大反应速率均增加,最大反应速率对应时刻后移,苯、萘、菲和芘的最大生成量逐渐增加,最大生成量对应时刻后移;C_3H_3的最大生成量分别增加了6.1%和15.5%。采用台架试验方法,在186F柴油机上,分别以生物柴油和柴油为燃料,应用缸压传感器和燃烧分析仪,测量了25%负荷和75%负荷下不同EGR率时的示功图,分析了EGR对柴油机缸内压力、滞燃期和放热率的影响;测量了25%负荷和75%负荷下不同EGR率时的CO、HC、NO_x和烟度,分析了EGR对柴油机排放规律的影响。研究结果表明,低负荷时,生物柴油最大爆发压力略高于柴油,高负荷时,生物柴油最大爆发压力与柴油相差不大。随着EGR率的增加,生物柴油和柴油的最大爆发压力均降低,最大爆发压力对应时刻后移;生物柴油和柴油的滞燃期逐渐增加;低负荷时,生物柴油和柴油的放热率峰值逐渐降低,生物柴油放热率峰值分别降低约3.5%和8.1%,高负荷时,生物柴油和柴油的放热率峰值先升高后降低,峰值对应曲轴转角逐渐后移。采用颗粒分级采样装置,测量了不同EGR率时生物柴油和柴油颗粒的粒径分布,分析了颗粒粒径大小和模态分布。采用高分辨率透射电镜,拍摄了不同EGR率时颗粒的微观图片,分析了颗粒形貌。采用激光拉曼光谱仪,测量了不同EGR率时生物柴油和柴油颗粒的拉曼光谱,采用五带拟合法,对颗粒的拉曼光谱进行拟合,分析了颗粒的石墨结构参数。采用热重分析仪,测量了不同EGR率时生物柴油和柴油颗粒的热重曲线,分析了EGR对颗粒组分、起燃温度、失重速率峰值温度、燃尽温度和表面活化能的影响。结果表明,随着EGR率的增加,生物柴油和柴油颗粒粒径向大粒径方向偏移,积聚模态比例降低,粗粒子模态比例增加,颗粒团聚程度增加,颗粒化学异相性增加,石墨化程度降低,颗粒SOF组分增加,起燃温度、失重速率峰值温度和燃尽温度逐渐降低,氧化所需的表面活化能逐渐降低,颗粒的氧化活性增加。
【关键词】：颗粒 废气再循环 生物柴油 微观结构 氧化特性
【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】：TE667
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 选题背景和意义11-12
• 1.2 柴油机排放污染物12-13
• 1.2.1 气态污染物12
• 1.2.2 固态污染物12-13
• 1.3 柴油机颗粒形成过程13-15
• 1.3.1 颗粒的组分13-14
• 1.3.2 颗粒的形成机理14-15
• 1.4 国内外研究现状15-20
• 1.4.1 颗粒前驱体的形成15-16
• 1.4.2 颗粒微观结构和氧化特性16-18
• 1.4.3 EGR对柴油机燃烧和排放的影响18-19
• 1.4.4 EGR对颗粒前驱体和颗粒特性的影响19-20
• 1.5 本文主要研究内容20-22
• 第二章 EGR对生物柴油颗粒前驱体形成的影响22-33
• 2.1 模型的简化22
• 2.2 机理的验证与评价参数22-24
• 2.2.1 燃料与PAHs机理的选择22-23
• 2.2.2 机理的验证23
• 2.2.3 生成速率和消耗速率23-24
• 2.3 生物柴油单/多环芳香烃的形成过程24-27
• 2.3.1 单环芳香烃的形成24-25
• 2.3.2 多环芳香烃的形成25-27
• 2.4 EGR对生物柴油PAHs形成的影响27-32
• 2.4.1 EGR对PAHs形成路径的影响27-30
• 2.4.2 EGR对PAHs生成量的影响30-31
• 2.4.3 EGR对C_2H_2和C_3H_3生成量的影响31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 EGR对生物柴油燃烧过程和排放规律的影响33-44
• 3.1 试验设备及方案33-35
• 3.1.1 试验设备33-35
• 3.1.2 试验方案35
• 3.2 燃烧特性分析35-39
• 3.2.1 示功图35-37
• 3.2.2 滞燃期37-38
• 3.2.3 放热规律38-39
• 3.3 CO、HC、NO_x和烟度39-43
• 3.3.1 CO排放39-40
• 3.3.2 HC排放40-41
• 3.3.3 NO_x排放41-42
• 3.3.4 烟度42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 EGR生物柴油颗粒形貌分析44-52
• 4.1 试验设备及方案44-46
• 4.1.1 试验设备44-45
• 4.1.2 试验方案45-46
• 4.2 颗粒粒径分析46-49
• 4.2.1 颗粒平均粒径46
• 4.2.2 粒径分布46-48
• 4.2.3 模态分布48-49
• 4.3 颗粒微观形貌49-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 EGR生物柴油颗粒石墨结构和氧化特性分析52-70
• 5.1 试验设备及方案52-53
• 5.1.1 拉曼光谱52-53
• 5.1.2 热重试验53
• 5.2 石墨结构分析53-61
• 5.2.1 颗粒的拉曼光谱53-54
• 5.2.2 拉曼光谱拟合54-56
• 5.2.3 结果分析56-61
• 5.3 氧化特性分析61-69
• 5.3.1 热重曲线和氧化特性参数61-63
• 5.3.2 氧化特性分析63-66
• 5.3.3 氧化动力学分析66-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第六章 全文总结和工作展望70-73
• 6.1 全文总结70-72
• 6.2 工作展望72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文、参与项目、所获奖励78

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