柴油及含氧混合燃料燃燒碳煙微觀形貌與結(jié)構(gòu)特性研究

1、柴油及含氧混合燃料燃燒碳煙微觀形貌與結(jié)構(gòu)特性研究?jī)?nèi)燃機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的碳煙顆粒與燃燒效率緊密相關(guān) , 也是空氣污染的重要來(lái)源。燃燒碳煙生成機(jī)理與碳煙顆粒詳細(xì)結(jié)構(gòu)特性在燃燒學(xué)和內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域研究一直受到重點(diǎn)關(guān)注。隨著內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展 , 車(chē)輛排放法規(guī)日趨嚴(yán)格 , 內(nèi)燃機(jī)的燃燒過(guò)程發(fā)生了明顯變化 , 燃燒生成碳煙顆粒超細(xì)化程度增加 , 對(duì)應(yīng)理化特性隨之改變。人們對(duì)燃燒生成碳煙顆粒微觀形貌與結(jié)構(gòu)特性的認(rèn)識(shí)還有許多不足 , 對(duì)碳煙顆粒特殊形貌的形成機(jī)制、生成機(jī)理和影響因素的研究在許多環(huán)節(jié)存在缺失 , 有待進(jìn)一步驗(yàn)證和探索。因此 , 研究柴油和摻混含氧燃料的混合柴油燃燒生成碳煙的微觀形貌與結(jié)構(gòu)特性 , 探討不

2、同燃燒環(huán)境條件對(duì)碳煙顆粒形貌和碳煙生成的影響 , 尋求降低燃燒碳煙排放策略 , 有著十分重要的理論和實(shí)際意義。 本文研究的主要目標(biāo)是探索高溫高壓環(huán)境下柴油及摻混含氧燃料燃燒過(guò)程中碳煙顆粒微觀形貌結(jié)構(gòu)特性、 碳煙形貌結(jié)構(gòu)形成過(guò)程的基本規(guī)律和重要影響因素 , 揭示柴油機(jī)運(yùn)行工況 , 燃燒環(huán)境以及含氧燃料對(duì)碳煙顆粒微觀形貌與結(jié)構(gòu)特性的影響和相應(yīng)變化規(guī)律 , 提出基于透射電鏡的燃燒碳煙顆粒形貌分析技術(shù)的研究方法。首先歸納了基于透射電鏡的碳煙樣本采樣、制樣、觀測(cè)和分析的原理和方法 , 提出了燃燒生成碳煙顆粒宏觀、整體、局部、微觀多個(gè)尺度下的主要形貌特征參數(shù)的計(jì)算方法和不同參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)?；诟邏憾ㄈ?/p>

3、燃燒彈裝置, 設(shè)計(jì)了噴霧火焰碳煙顆粒采樣裝置,實(shí)現(xiàn)對(duì)定容彈不同環(huán)境下柴油和含氧燃料摻混柴油單束噴霧火焰進(jìn)行軸向和徑向多點(diǎn)碳煙同步采樣, 利用高分辨透射電鏡對(duì)碳煙顆粒樣本進(jìn)行觀測(cè)、統(tǒng)計(jì)和分析。 研究了噴霧火焰中碳煙顆粒的微觀形貌與結(jié)構(gòu)特性 , 歸納了噴霧火焰內(nèi)部碳煙顆粒的形貌分布規(guī)律 , 探討了相關(guān)影響因素。研究結(jié)果表明 , 火焰中碳煙顆粒主要以基本顆粒和小積聚顆粒的形式存在 , 平均粒徑小于 80nm。噴霧火焰內(nèi)部碳煙積聚反應(yīng)主要受到碳煙濃度和環(huán)境溫度的影響 , 碳煙的積聚化程度隨著燃燒反應(yīng)的進(jìn)行不斷增長(zhǎng)。碳煙濃度在噴霧火焰中心位置處濃度最高 , 在火焰外圍濃度相對(duì)較低。碳煙的數(shù)量、質(zhì)量、粒徑

4、及結(jié)構(gòu)與噴霧火焰燃燒發(fā)展過(guò)程緊密相關(guān) , 變化趨勢(shì)會(huì)隨著燃燒環(huán)境發(fā)生偏移。柴油中摻混丁醇燃料會(huì)延長(zhǎng)噴霧火焰的滯燃期 , 縮短燃燒持續(xù)期 , 丁醇柴油噴霧火焰中碳煙顆粒的數(shù)量密度和質(zhì)量遠(yuǎn)小于純柴油噴霧火焰 , 摻混丁醇有效抑制了噴霧火焰中的碳煙生成。 由于生物柴油的理化性質(zhì)與柴油較為接近 , 摻混生物柴油對(duì)噴霧火焰中碳煙形貌結(jié)構(gòu)的影響小于摻混丁醇燃料。分別基于非增壓?jiǎn)胃撞裼蜋C(jī)和電控高壓共軌渦輪增壓多缸柴油機(jī) , 進(jìn)行不同運(yùn)行工況下尾氣中碳煙顆粒采樣、透射電鏡觀測(cè)和形貌結(jié)構(gòu)分析。結(jié)合柴油機(jī)燃燒放熱特性 , 研究了尾氣中碳煙的形貌分布特性 , 比較了尾氣碳煙顆粒與噴霧火焰碳煙顆粒的主要形貌結(jié)構(gòu)差異 , 探究不同燃料 ( 柴油、含氧混合燃料 ) 、不同運(yùn)行工況 ( 負(fù)荷、噴油策略 ) 對(duì)柴油機(jī)尾氣中碳煙微觀形貌與結(jié)構(gòu)特性的影響。研究結(jié)果表明 , 尾氣中碳煙顆粒主要以大積聚顆粒的形式存在 , 積聚化程度高 , 有著復(fù)雜的分形結(jié)構(gòu)。摻混丁醇使柴油機(jī)的燃燒過(guò)程發(fā)生明顯改變, 尾氣中碳煙的質(zhì)量和數(shù)量濃度明顯減少。摻混丁醇后內(nèi)燃機(jī)尾氣碳煙顆粒的基本顆粒直徑趨于減小 , 積聚顆粒的維數(shù)趨于降低 , 粗顆粒的數(shù)量大大減少。 不同噴油策略和負(fù)荷下內(nèi)燃機(jī)尾氣碳煙顆粒高分辨結(jié)構(gòu)參數(shù)存在明顯的差異, 改變噴油策略和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷, 在改變內(nèi)燃