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汽油机芳香烃生成机理的研究

张延峰  
【摘要】:随着我国汽油车保有量的持续增长,汽油车排放物中芳香烃对环境造成的危害也将愈加严重。因此进行汽油机芳香烃生成机理的研究,进而控制有害物排放,具有极大的现实意义。 由于燃烧产物中的芳香烃是痕量级的,通过理论分析本文计算设计了洗气法多环芳香烃采样装置,经计算PAHs的收集率可达98%以上。 使用采样装置,本文对汽油机及容弹排气中的芳香烃进行了采集与分析,发现:本文所设计的汽油机台架及容弹试验方法、芳香烃的采集方法可靠有效。在汽油机尾气中苯系物浓度比多环芳香烃浓度高,主要成分是苯。在2600rpm,催化器前苯的浓度基本为50ppm,随负荷变动不大。而在催化器后苯的变化较明显,特别是在46kW负荷时苯的含量要远高于催化器前,说明此时催化器可能诱导苯的生成,但甲苯与二甲苯的排放量在催化器后降低。在PAHs排放物中萘是主要成分,其浓度随负荷增加而增加。而在定容燃烧弹中,预混火焰产生的甲苯、二甲苯以及PAHs的浓度低于检测限制很难检出,只能测出苯的浓度而且排放量很低。 根据直接火焰像高速摄影照片与详细化学反应动力学计算,本文认为汽油等碳氢燃料的完全燃烧过程可分为冷焰、蓝焰与热焰三个阶段。由于传热的影响,在容弹或汽油机中,预混火焰可分为完全燃烧(热焰)区和未完全燃烧(冷焰、蓝焰)区,而在未完全燃烧区中,燃烧在冷焰或蓝焰阶段就结束了。苯等芳香烃是在冷焰/蓝焰期间生成并缓慢氧化,而在热焰阶段迅速完全氧化,因此在完全燃烧区中的芳香烃已经完全氧化消失,但在未完全燃烧产物区中的苯等芳香烃将在燃烧结束后排出形成污染物,其中苯的含量最多,因此苯来源于未完全燃烧区中,其排放量取决于未完全燃烧区中的浓度和未完全燃烧区的容积。


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