柴油機(jī)碳煙顆粒生成規(guī)律和尺寸分布特性的研究.pdf

1、碳煙是柴油機(jī)排放微粒的主要組成部分，常占微?？偭康?0％-80％之多，碳粒是燃料在缺氧的條件下燃燒時(shí)形成的。細(xì)微或超細(xì)微的納米級(jí)碳煙顆粒由于直徑較小，故能長(zhǎng)期懸浮于大氣中而不沉降，碳粒上吸附的可溶性有機(jī)物、HC和硫酸鹽等對(duì)人體有危害，特別是HC中含有大部分的多環(huán)芳香烴，具有致癌作用。因此，詳細(xì)的了解碳煙顆粒的形成過(guò)程是十分必要的。
　　本文結(jié)合柴油機(jī)燃燒過(guò)程中碳煙顆粒前驅(qū)物形成的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，采用多步碳煙模型對(duì)碳煙顆粒的形成過(guò)

2、程進(jìn)行數(shù)值模擬，其中包含顆粒成核、顆粒碰撞凝結(jié)、表面生長(zhǎng)、表面氧化、PAHs直接沉積等過(guò)程，針對(duì)多環(huán)芳香烴PAHs分子對(duì)碳粒表面生長(zhǎng)的貢獻(xiàn)作用，本文增加了多環(huán)芳香烴（PAHs）直接沉積在碳粒表面引起的表面生長(zhǎng)模型，完善并發(fā)展了多步碳煙顆粒物計(jì)算模型。計(jì)算中首次采用與柴油組分非常接近的高碳正十四烷(C14H30)作為燃料，實(shí)現(xiàn)了多步碳煙顆粒模型與正十四烷燃料復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的耦合以及其他計(jì)算模型（“Shell”自著火模型、RNG k-ε湍

3、流模型，RT－KH燃油破碎霧化模型）的耦合，計(jì)算結(jié)果揭示了碳煙顆粒尺寸分布與形成、發(fā)展演變過(guò)程。
　　單缸柴油機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上建立尾氣分流稀釋通道，采用低壓撞擊器（LPI）對(duì)排氣顆粒進(jìn)行粒徑和質(zhì)量的測(cè)量；并通過(guò)廢氣分析儀測(cè)量排氣中的NO，HC，CO2、CO等氣態(tài)污染物；同時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)缸內(nèi)燃燒過(guò)程中壓力和放熱率隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律。詳細(xì)研究了發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況對(duì)碳煙顆粒排放物尺寸分布與生成過(guò)程的影響規(guī)律，實(shí)驗(yàn)測(cè)量驗(yàn)證了計(jì)算模擬結(jié)果。

4、　　計(jì)算模擬結(jié)果表明：碳煙的生成規(guī)律和質(zhì)量與碳煙前驅(qū)物-萘、聯(lián)乙炔有著直接的關(guān)系；PAHs-苯乙烯、苯乙炔直接沉積在碳煙顆粒表面可增加碳煙顆粒的質(zhì)量；隨著燃燒的進(jìn)行，大數(shù)量的小直徑碳煙顆粒的形成是由于碳煙前驅(qū)物不斷裂解成碳煙顆粒核的結(jié)果；小數(shù)量的大直徑顆粒是由于碳煙顆粒核的凝結(jié)、表面生長(zhǎng)和PAHs沉積作用的結(jié)果。通過(guò)實(shí)驗(yàn)很好的驗(yàn)證了模擬的準(zhǔn)確性。
　　試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果表明：在相同轉(zhuǎn)速、不同扭矩的工況下，隨著扭矩的增加，滯燃期縮短，缸內(nèi)