收藏本站
《华中科技大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

柴油机碳烟颗粒生成规律和尺寸分布特性的研究

鞠洪玲  
【摘要】:碳烟是柴油机排放微粒的主要组成部分,常占微粒总量的50%-80%之多,碳粒是燃料在缺氧的条件下燃烧时形成的。细微或超细微的纳米级碳烟颗粒由于直径较小,故能长期悬浮于大气中而不沉降,碳粒上吸附的可溶性有机物、HC和硫酸盐等对人体有危害,特别是HC中含有大部分的多环芳香烃,具有致癌作用。因此,详细的了解碳烟颗粒的形成过程是十分必要的。 本文结合柴油机燃烧过程中碳烟颗粒前驱物形成的复杂化学反应机理,采用多步碳烟模型对碳烟颗粒的形成过程进行数值模拟,其中包含颗粒成核、颗粒碰撞凝结、表面生长、表面氧化、PAHs直接沉积等过程,针对多环芳香烃PAHs分子对碳粒表面生长的贡献作用,本文增加了多环芳香烃(PAHs)直接沉积在碳粒表面引起的表面生长模型,完善并发展了多步碳烟颗粒物计算模型。计算中首次采用与柴油组分非常接近的高碳正十四烷(C14H30)作为燃料,实现了多步碳烟颗粒模型与正十四烷燃料复杂化学反应机理的耦合以及其他计算模型("Shell"自着火模型、RNG k-s湍流模型,RT-KH燃油破碎雾化模型)的耦合,计算结果揭示了碳烟颗粒尺寸分布与形成、发展演变过程。 单缸柴油机实验台架上建立尾气分流稀释通道,采用低压撞击器(LPI)对排气颗粒进行粒径和质量的测量;并通过废气分析仪测量排气中的NO, HC, CO2、CO等气态污染物;同时,实时监测缸内燃烧过程中压力和放热率随曲轴转角的变化规律。详细研究了发动机运行工况对碳烟颗粒排放物尺寸分布与生成过程的影响规律,实验测量验证了计算模拟结果。 计算模拟结果表明:碳烟的生成规律和质量与碳烟前驱物-萘、联乙炔有着直接的关系;PAHs-苯乙烯、苯乙炔直接沉积在碳烟颗粒表面可增加碳烟颗粒的质量;随着燃烧的进行,大数量的小直径碳烟颗粒的形成是由于碳烟前驱物不断裂解成碳烟颗粒核的结果;小数量的大直径颗粒是由于碳烟颗粒核的凝结、表面生长和PAHs沉积作用的结果。通过实验很好的验证了模拟的准确性。 试验测量结果表明:在相同转速、不同扭矩的工况下,随着扭矩的增加,滞燃期缩短,缸内爆压增大,出现的时间相对推后,并且气态排放物(CO2、CO、NO、HC)的质量和碳烟排放的质量随扭矩的增加而增大,碳烟质量明显向大粒径范围移动,即碳烟颗粒由碳核模态分布向累积模态转化;通过对相同转速的不同扭矩和相同扭矩的不同转速工况下的碳烟质量进行对比,发现扭矩对碳烟质量的影响较大。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TK421.5

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 鞠洪玲;成晓北;汪方阳;王志;;采用改进碳烟模型的柴油机碳烟颗粒物生成及尺寸分布[J];汽车安全与节能学报;2012年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 洪亮;预混火焰碳烟颗粒的形貌结构特征及团聚力的研究[D];天津大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邢黎明;贾继霞;张艳红;;大气可吸入颗粒物对环境和人体健康的危害[J];安阳工学院学报;2009年04期
2 王波;韩秀坤;何超;;ELPI在柴油发动机微粒排放测试上的应用[J];车辆与动力技术;2008年04期
3 王海刚,刘石;KIVA程序网格生成算法的改进及雷诺应力模型计算[J];工程热物理学报;2005年01期
4 朱国朝,李津,宁金城,许锋,李维成,王永红,王书庆;降低CA6110ZLA3型柴油机NO_X和PM排放的试验研究[J];内燃机工程;2003年06期
5 王忠;毛功平;袁银男;杨殿勇;顾士强;;生物柴油缸内喷雾特性的数值模拟[J];内燃机工程;2009年03期
6 张俊军;黄震;肖进;乔信起;吴君华;;基于详细化学反应机理的增压二甲醚发动机燃烧与NO_x排放数值研究[J];内燃机工程;2009年03期
7 王猛;谭建伟;韩秀坤;葛蕴珊;;非道路车用柴油机排放颗粒粒径分布特性研究[J];内燃机工程;2010年03期
8 鞠洪玲;成晓北;陈亮;黄荣华;;柴油机缸内碳烟颗粒形成过程与尺寸分布特性[J];内燃机工程;2011年06期
9 王桂华,王钧效,张锡朝,陆家祥,姚章涛;柴油机排气微粒中SOF成分的试验研究[J];内燃机学报;2004年02期
10 赵昌普;宋崇林;李晓娟;陈生齐;孙强;李艳丽;;燃油系统参数对柴油机燃烧及排放影响的研究[J];内燃机学报;2008年06期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 姚广涛;预混合压燃发动机混合气形成与燃烧过程研究[D];天津大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 西晓丽;大庆柴油冷滤性能改进剂的研制[D];大庆石油学院;2005年
2 孟金喆;天然气发动机燃烧过程的多维数值模拟研究[D];北京交通大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 高智席;吴艳红;薛永富;;联合消解-原子吸收法测定垃圾中重金属元素含量[J];安徽农业科学;2009年31期
2 吴海智;周丛;袁列江;黄亮;肖克;吉彬彬;梁军;;高效液相色谱法快速测定植物油中苯并芘的研究[J];安徽农业科学;2011年10期
3 刘君霞;邵龙义;周林;王静;王建英;;北京市近年来大气颗粒物污染水平变化规律[J];北京工业职业技术学院学报;2010年03期
4 刘耀东;宋云超;;进气加氢柴油机排放性能的模拟研究[J];北京汽车;2009年04期
5 张金良,李艳宏,王燕玲,金昱,邓芙蓉,刘红,王昕,郭新彪;儿童肺功能与其居住区大气污染水平的关系[J];北京大学学报(医学版);2001年06期
6 郭立水,赵乐;承德市城市区域空气污染现状与治理措施[J];承德石油高等专科学校学报;2004年01期
7 韩明霞;过孝民;;我国城市的大气污染及其对居民的健康影响[J];城市规划;2006年06期
8 王启航;刘红;张松涛;王华伟;郭心刚;金喆;;CA4D32—12柴油机喷油器及喷油泵的匹配试验研究[J];车用发动机;2007年05期
9 马扣祥;铅污染及儿童铅中毒的途径及防治措施[J];电池工业;2003年02期
10 罗红,王凤婕,陈小青,谭晓东;细颗粒物对呼吸系统疾病作用的研究进展[J];湖北预防医学杂志;2003年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王素娟;;农村环境卫生[A];中国环境科学学会2009年学术年会论文集(第三卷)[C];2009年
2 郭雪清;王英锋;李杏茹;王跃思;;2007年春节期间北京大气细粒子中有机酸浓度变化特征研究[A];第五届海峡两岸气溶胶技术研讨会论文集[C];2008年
3 车瑞俊;刘大锰;袁杨森;;北京市冬季大气颗粒物污染水平和影响因素研究[A];第九届全国气溶胶会议暨第三届海峡两岸气溶胶技术研讨会论文集[C];2007年
4 郭建斌;魏泉源;魏秀英;肖俊华;陈晓夫;董仁杰;;农户室内污染物浓度相关性分析[A];中国农村能源行业协会第四届全国会员代表大会新农村、新能源、新产业论坛生物质开发与利用青年学术研讨会论文集[C];2006年
5 周学华;王哲;郝明途;杨凌霄;王文兴;;济南市春季大气颗粒物污染研究[A];中国气象学会2006年年会“大气成分与气候、环境变化”分会场论文集[C];2006年
6 钱凌;银燕;童尧青;王巍巍;魏玉香;;南京北郊大气细颗粒物的粒径分布特征[A];中国气象学会2007年年会大气成分观测、研究与预报分会场论文集[C];2007年
7 钱凌;银燕;童尧青;王巍巍;魏玉香;;南京北郊大气细颗粒物的粒径分布特征[A];第四届长三角科技论坛论文集(下册)[C];2007年
8 曹冰;曹长春;;工程健康管理在俄罗斯东西伯利亚—太平洋石油管道上的拓展应用[A];中华预防医学会石油系统分会第五届预防医学学术交流会论文集[C];2008年
9 王涛;朱琳;刘炳煌;;燃煤电厂对无组织排放可吸入颗粒物PM10污染与治理技术研究[A];全国火电600MWe级机组能效对标及竞赛第十四届年会论文集[C];2010年
10 巩梦丹;王雪娇;刘雨露;尹华强;;大气细颗粒物PM_(2.5)的研究进展[A];2013中国环境科学学会学术年会论文集(第五卷)[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王曙辉;旋转式连续微波再生微粒捕集器再生机理及结构优化研究[D];湖南大学;2010年
2 吕当振;O_2/CO_2燃烧方式下煤中S析出行为及其与Ca相互作用机制研究[D];华中科技大学;2010年
3 朱继保;细颗粒物的电收集技术研究[D];浙江大学;2010年
4 徐飞;脉冲放电电凝并结合碱液吸收烟气多种污染物协同脱除研究[D];浙江大学;2009年
5 张涌;太原太钢地区PM_(2.5)对大鼠动脉肌源性反应的影响[D];山西医科大学;2011年
6 周科;燃煤细微颗粒物生成特性与炉内控制的研究[D];华中科技大学;2011年
7 岑世宏;京津唐城市群大气PM_(10)和PM_(2.5)理化特征及健康效应研究[D];中国矿业大学(北京);2011年
8 乔玉霜;中原城市群大气颗粒物的理化特征及毒理学研究[D];中国矿业大学(北京);2011年
9 张华伟;柴油机燃烧过程中多环芳香烃测量及演变规律的实验研究[D];天津大学;2012年
10 郭文元;天然气非催化部分氧化过程转化炉大型化关键技术研究[D];华东理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 路新燕;郑州市空气颗粒物污染状况调查及研究[D];郑州大学;2010年
2 陈晓月;乌鲁木齐市大气污染特征与防治对策研究[D];新疆医科大学;2010年
3 李新宇;邢台葛泉矿煤矸石山对环境污染的研究[D];河北工程大学;2010年
4 李清平;室内可吸入颗粒物气固两相流动特性的实验与数值模拟研究[D];浙江大学;2010年
5 罗颖丽;城市绿化树种叶片中PAHs的节律变化[D];中南林业科技大学;2010年
6 李世远;脉冲电场强化烟气颗粒物控制技术的研究[D];浙江工商大学;2011年
7 肖湘杰;醴陵市春节期间烟花爆竹燃放对环境影响研究[D];湖南农业大学;2010年
8 唐明;北京城区可吸入颗粒物分布与土地覆盖类型的关系研究[D];首都师范大学;2011年
9 黄利;基于化学反应动力学的低热值气体燃料缸内燃烧模拟研究[D];北京交通大学;2011年
10 陈士宝;燃料特性对柴油机微粒排放粒度分布的影响规律[D];吉林大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 何旭;马骁;王建昕;;光学诊断在柴油机缸内碳烟测试中的应用[J];车用发动机;2007年03期
2 魏凤,张军营,郑楚光,陈俊;燃煤超细颗粒团聚模拟研究[J];工程热物理学报;2005年03期
3 于敦喜;徐明厚;姚洪;刘小伟;周科;;煤燃烧中无机矿物向颗粒物的转化规律[J];工程热物理学报;2008年03期
4 赵永椿;张军营;魏凤;陈俊;郑楚光;;燃煤超细颗粒物团聚促进机制的实验研究[J];化工学报;2007年11期
5 宋宇,唐孝炎,方晨,张远航,胡敏,曾立民;北京市大气细粒子的来源分析[J];环境科学;2002年06期
6 魏凤,张军营,王春梅,郑楚光;煤燃烧超细颗粒物团聚促进技术的研究进展[J];煤炭转化;2003年03期
7 赵昌普;宋崇林;李晓娟;陈生齐;孙强;李艳丽;;燃油系统参数对柴油机燃烧及排放影响的研究[J];内燃机学报;2008年06期
8 于超;王建昕;王志;王步宇;;均质混合气引燃发动机的燃烧与排放特性[J];汽车安全与节能学报;2011年03期
9 曾文;解茂昭;艾延廷;宋辉;;正庚烷HCCI燃烧下芳香烃及多环芳烃形成的数值模拟[J];燃烧科学与技术;2010年01期
10 曲欣;杨纲;魏讴;;北京市通州区健康促进示范村农村居民健康传播效果与需求调查[J];首都公共卫生;2012年01期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 董素荣;现代柴油机全气缸取样系统开发及缸内微粒理化特性研究[D];天津大学;2007年
2 王宇;电场作用下火焰中碳烟颗粒的分布与聚积规律[D];清华大学;2009年
3 柳冠青;范德华力和静电力下的细颗粒离散动力学研究[D];清华大学;2011年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 鞠洪玲;罗马吉;李辉;;柴油机侧隙区域对未燃燃料和SOOT的排放影响[J];武汉理工大学学报;2014年03期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 林学东,袁兆成,王霆,小野信辅;直喷式CNG发动机燃烧过程的控制技术[J];车辆与动力技术;2000年04期
2 姜雪丽,刘涛;湍流燃烧反应机理的简化[J];北京航空航天大学学报;2002年03期
3 吕平;刘宪;曹晖;刘嘉;;硫含量对柴油车颗粒物排放和净化装置颗粒物净化效率影响的试验研究[J];北京汽车;2008年03期
4 邵毅明,黄震,志贺圣一,柄隆夫;柴油溶气对稳定喷射雾化影响的研究[J];重庆交通学院学报;2005年02期
5 汪映,周龙保,蒋德明;均质充量压缩燃烧方式的研究进展及存在问题[J];车用发动机;2002年05期
6 庞华廷,洪德利,王广宇,宁凤春,刘文军;CY6102BZQ完善提高型柴油机排放控制研究[J];柴油机;2002年04期
7 宋振寰,D.斯蒂芬;直喷式柴油机燃用天然气燃料的研究[J];大连理工大学学报;2000年01期
8 解茂昭;均质压燃(HCCI)发动机数学模拟:进展与挑战[J];大连理工大学学报;2004年02期
9 张家渠,杨邦荣,翁培甸,丁陵仙,范菊生;红外火焰温度测定仪的标定[J];工程热物理学报;1982年04期
10 朱德忠,廖理;应用热成象技术测量高温气流温度场[J];工程热物理学报;1999年06期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 邱先文;降低车用稀燃汽油机有害排放物NO_X的排气再循环的研究[D];天津大学;2003年
2 于善颖;小型火花点火发动机可控充气准均质稀混合气燃烧的研究[D];天津大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 董芳;内燃机燃烧过程的数值模拟[D];大连理工大学;2004年
2 章炜;基于KIVA-3V的柴油机缸内流动和燃烧过程的数值仿真研究[D];合肥工业大学;2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡俊巍,程志远,孙柏刚;直喷式柴油机的碳烟预测模型[J];柴油机;2002年03期
2 张洪涛,莫建文,邱卓丹;柴油机碳烟的生成及控制[J];广西工学院学报;2000年04期
3 舒新前,刘天绩,徐精求,郑宏锋,毕冬冬,李分霞,Brilhak J F,Gilot P;柴油机碳烟低温燃烧(氧化)过程及其动力学参数的研究[J];内燃机学报;2004年01期
4 杜德兴,顾洁;废气再循环成分对扩散燃烧中碳烟形成影响的研究[J];燃烧科学与技术;2002年06期
5 金国栋,唐大学;柴油机碳烟排放浓度的预测[J];车用发动机;1993年04期
6 何元!天津300072,王恒!天津300072;柴油机排放颗粒物的观测及分析[J];小型内燃机;2000年05期
7 王桂华,陆家祥,顾宏中,谭丕强,李勇,陆辰;直喷式柴油机微粒排放简化预测模型[J];柴油机;1998年06期
8 廖水容;邵毅明;张敏;于志刚;;均质充量压缩燃烧研究现状与存在的问题[J];北京汽车;2008年01期
9 胡刚,杨贵恒,胡定余,张传富;柴油机碳烟形成与控制[J];移动电源与车辆;2002年03期
10 杜庆洋,杨振明,张劲松;钒酸盐对柴油机排气中碳烟氧化的催化性能[J];材料研究学报;2004年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 韦岳长;刘坚;赵震;靳保芳;;载体对3DOM Au/Ce_(1-x)Zr_xO_2催化碳烟燃烧性能的影响[A];第十八届全国稀土催化学术会议论文集[C];2011年
2 张业新;张昭良;王仲鹏;郭秋楠;魏少杰;;NOx/O_2气氛下钾对镁铝水滑石复合氧化物催化碳烟燃烧的影响[A];第六届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2009年
3 明彩兵;叶代启;刘千钧;邱作志;胡石磊;;铈锆固溶体负载LaCoO_3的催化燃烧碳烟的性能和表征[A];第五届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2007年
4 张昭良;由海晶;于鹏飞;张业新;杨云虹;辛颖;牟宗刚;;贵金属负载的Mg-Al水滑石复合氧化物对碳烟的催化燃烧[A];第五届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2007年
5 刘坚;赵震;徐春明;段爱军;姜桂元;;担载钒氧化物催化剂对柴油碳烟催化燃烧抗硫中毒性能的研究[A];第六届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2009年
6 张昭良;于鹏飞;张业新;牟宗刚;倪献智;鲍猛;;碳烟颗粒在NOx存储-还原催化剂上的催化燃烧行为[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年
7 张桂臻;赵震;刘坚;段爱军;姜桂元;徐俊峰;;大孔钙钛矿型氧化物催化剂制备及其对碳烟燃烧的催化性能[A];第五届全国工业催化技术与应用年会论文集(上册)[C];2008年
8 王志成;付名利;叶代启;梁红;;NO对LaMnO_3与La_(0.8)k_(0.2)MnO_3催化氧化碳烟活性影响研究[A];第十八届全国稀土催化学术会议论文集[C];2011年
9 王仲鹏;王晓;王姿姿;王力;李倩;张昭良;;La/Cu掺杂LDH衍生复合氧化物催化去除碳烟和NO_x[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
10 张桂臻;何洪;訾学红;邱文革;戴洪兴;邓积光;;碳烟催化燃烧用三维有序大孔Pd-修饰三元铈锆固溶体[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 特约记者 谷学涛 记者 冷春放;碳烟没了 村民乐了[N];中国石油报;2011年
2 沙立洲;中国亟须发展现代柴油机[N];中国汽车报;2002年
3 民盟伊春市委;关于改进我市公交汽车尾气对城市环境污染的几点建议[N];伊春日报;2011年
4 环轩;防治机动车排气污染刻不容缓[N];平顶山日报;2010年
5 通讯员 陈燕 记者 严峻;锡柴天然气发动机再展“低碳”魅力[N];中国工业报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 熊刚;煤和生物质燃烧碳烟生成的实验研究[D];清华大学;2011年
2 党帅;柴油/乙醇组合燃料燃烧与污染物生成的研究[D];清华大学;2012年
3 李倩;Co、Mn水滑石基复合氧化物催化剂上碳烟和NOx的催化消除[D];天津大学;2010年
4 隋丽娜;柴油机尾气碳烟氧化催化剂的制备与催化活性的研究[D];青岛科技大学;2007年
5 李英杰;富氧环境下碳烟还原NO_x的微观反应机理研究[D];上海交通大学;2008年
6 姚文生;镧钴钙钛矿催化剂制备及去除氮氧化物和碳烟性能研究[D];天津大学;2009年
7 付名利;二氧化硫气氛下含铈氧化物催化剂氧化碳烟的研究[D];华南理工大学;2010年
8 彭小圣;催化与高频放电耦合催化同时去除氮氧化物和碳烟[D];上海交通大学;2006年
9 张业新;柴油车尾气四效催化剂的研究[D];大连理工大学;2012年
10 刘戈;基于代表性互动小火焰(RIF)模型的内燃机喷雾燃烧大涡模拟研究[D];大连理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 岳宗宇;基于激光诱导炽光法的碳烟测量方法研究[D];天津大学;2012年
2 魏少杰;稀土氧化物碳烟燃烧催化剂活性氧的研究[D];济南大学;2011年
3 林繁;Ba-Cu-Ce氧化物的制备与NO_x辅助碳烟催化燃烧机理研究[D];清华大学;2011年
4 王力;Pd-K-MgAlO催化碳烟燃烧和NO_x存储还原的研究[D];济南大学;2013年
5 张晓雨;特定金属元素在燃烧火焰中转化过程的数值模拟[D];华北电力大学;2013年
6 张明;MnO_x-CeO_2复合氧化物用于催化氧化柴油车排气碳烟性能的研究[D];华南理工大学;2011年
7 欧阳杰宏;等离子体对铜铈复合氧化物催化氧化碳烟的强化效应研究[D];华南理工大学;2012年
8 王志成;NO对LaMnO_3与La_(0.8)K_(0.2)MnO_3钙钛矿催化氧化碳烟活性影响[D];华南理工大学;2012年
9 晏冬霞;铈铁基复合氧化物的制备及其催化碳烟燃烧性能研究[D];昆明理工大学;2010年
10 朱昌权;碳烟和NOx同时净化催化剂表面活性氧作用机理的探讨[D];广州大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026