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《江苏大学》 2017年
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DOC对柴油机燃用生物柴油排放及颗粒物理化特性的影响

周仁双  
【摘要】:生物柴油作为一种理想的代用燃料,可在不改变柴油机结构的前提下,改善缸内燃烧和降低污染物排放。氧化催化器(DOC)是重要的柴油机后处理装置,可明显降低CO和HC的排放,对颗粒物排放也有一定的改善效果。随着生物柴油的推广应用,研究DOC对柴油机燃用生物柴油排放及颗粒物理化特性的影响,对改善后处理系统性能具有较大理论价值和应用意义。本文制备B0、B10、B20燃料,以186FA柴油机为研究对象进行台架试验,结合透射电镜、热重分析仪、气质联用仪研究DOC对柴油机燃用生物柴油排放及颗粒物理化性质的影响。(1)通过台架试验,分析DOC作用前后三种燃油常规排放的排放特性。生物柴油的添加可以有效改善CO、HC和碳烟的排放,但NO排放增加。最大转矩转速负荷特性下,与B0相比,B20的CO、HC和碳烟平均排放下降17.4%、14.7%和30.1%,NO平均排放增加15.6%。加装DOC后,CO、HC、NO和碳烟的转化效率随着负荷和生物柴油添加比例的增加均呈升高趋势,最大转矩转速负荷特性下,B20排放CO、HC、NO、碳烟的平均转化效率为73.3%、62.8%、20.1%、20.0%。(2)利用MOUDI对颗粒物进行分级采样,研究DOC对三种燃油排气颗粒物质量浓度分布影响的变化规律。B0、B10、B20颗粒物质量浓度峰值均在0.18~0.32μm范围内,并随着粒径的增大,质量浓度呈下降趋势,增加生物柴油添加比例,各粒径级颗粒物质量浓度均显著下降,B20下降幅度最大,总体降幅达70.7%。加装DOC后,粒径小于0.56μm颗粒物质量浓度降低显著,粒径大于1μm颗粒物质量浓度无明显影响,颗粒物质量浓度转化效率随着颗粒粒径的增大而降低,聚集态转化效率高于粗粒子态。(3)结合TEM试验,分析DOC作用前后颗粒物微观形貌特性,应用图像处理技术和计盒维数算法,探讨颗粒物形貌及团簇程度。生物柴油的添加可减小基本碳粒子粒径,增大颗粒分形维数。加装DOC后,基本碳粒子粒径减小,颗粒结构变得松散,团簇程度降低,最大转矩转速下,B0、B10、B20排气颗粒物分形维数的降幅为10.1%、12.3%、15.5%。(4)进行热重试验,研究颗粒物的氧化过程及组分含量变化关系。随着生物柴油添加比例的增加,颗粒物越易在升温过程中氧化失重,SOF和H2O质量分数呈增加趋势,Soot和无机盐质量分数降低。安装DOC后,TG曲线上升,DTG曲线由双峰曲线变为单峰曲线,SOF失重率峰值消失,H2O、SOF、无机盐质量分数均增加。(5)根据GC-MS试验,研究生物柴油添加比例和DOC对SOF组分的影响。B0、B10、B20颗粒物中SOF碳原子分布范围为C3~C35,并主要集中在C14~C21区间,随着生物柴油添加比例的增加,SOF组分中酯类和酸类物质的质量分数增加,烷烃类、芳香烃及酚类物质质量分数减少,C23~C35质量分数降低。加装DOC后,SOF组分中芳香烃类和酚类质量分数增加,烷烃类、脂类、酸类物质质量分数减小。
【学位授予单位】:江苏大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TK421.5

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【参考文献】
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