基于精细碳黑模型的柴油机燃烧模拟

为更好地预测及分析柴油机污染物碳黑的产生特性,需要开发具有广泛应用价值的碳黑模型。该文以正庚烷作为燃料模拟物质,基于正庚烷氧化的气相反应机理,及描述固相碳黑颗粒形成物理、化学过程的详细动力学模型,对直喷式内燃机工作过程中的化学反应流进行了数值模拟计算。计算得到了柴油机燃烧室内多环芳烃质量、碳黑质量、体积分数随转角的变化曲线。在一定燃烧室壁面温度条件下,得到典型的多环芳烃质量、碳黑质量、碳黑体积分数均与测试水平相符,碳黑质量随转角变化曲线也与测试结果吻合较好。     

改性TiO_2纳米管介质用于快速检测柴油机排放多环芳烃的研究

使用阳离子表面活性剂CTAB对二氧化钛纳米管阵列进行修饰作为固相微萃取(SPME)材料,对固相微萃取的参数如提取时间、解吸时间和解吸溶剂进行优化,用于检测船舶柴油机排放的非常规污染物多环芳烃.优化的SPME条件为:CTAB浓度为90 mg/L;有机溶剂为二氯甲烷;pH值为7;解吸液为二氯甲烷;解吸附时间为6 min.16种多环芳烃在浓度范围0.5~100μg/L之间呈良好的线性关系,相关系数均达到0.990以上,检测限达到0.001~0.005μg/L,样品加标回收率范围为80.1%~99.2%,日内精密度(n=6)的相对标准偏差范围在3.7%~9.1%之间.新方法的样品采集和预处理时间比传统方法节约90%,方法灵敏、准确,可以用于快速检测柴油机非常规排放.     

水捕获-气质联用快速分析柴油机排放的多环芳烃

建立了一种快速采集分析柴油机排放的有毒气态多环芳烃(PAHs)的方法.新的采样方法以水为捕获媒介,通过添加阳离子表面活性剂与多环芳烃相似相溶,避免了使用固体吸附材料带来的样品损失和变性,进而通过优化各种功能性添加剂提高样品回收率.吹扫捕集系统快速从水中富集痕量PAHs.采用气相色谱/质谱联用检测到柴油机排放中包含的16种主要PAHs,总量85.53μg/m3.本法的采样和分析过程所需样品量少,检测速度快,耗时只有经典方法的5%,从而把PAHs的损失降到最低,检测限达到皮克级.     

用多区模型预测直喷式柴油机燃烧过程和排放

以直喷式柴油机喷油燃烧过程现象学描述的基础，建立了柴油机准维多区燃烧模型，用以预测直喷式柴油机燃烧过程和有害物排放量，该模型将燃烧室划分成许多个燃烧小区，每一个燃烧小区包含了燃油破碎，液滴蒸发吸热，空气卷入，混合气燃烧等过程，该模型的预测能力和精度得到了实验验证。     

非道路用柴油机半挥发性有机物排放特性

在一台国Ⅱ标准的非道路用柴油机上对半挥发性有机物（SVOCs）进行采样研究发现,非道路用柴油机排放气相SVOCs高于颗粒固相SVOCs,且在两相中的排放量均呈现随负荷增加而增加的趋势在气相和颗粒固相SVOCs中检出以烷烃为主,其次为多环芳烃类物质,包括2,3-二氢茚、四氢化萘、联苯、萘、芴、蒽、菲、芘等及其同系物．同时在对SVOCs中PAHs的研究中发现,柴油机排放的PAHs以气相为主,含量明显高于颗粒固相中PAHs;对比气固两相的浓度分布发现,气相PAHs中萘、苊烯、二氢苊、芴、菲、蒽为主,占气相PAHs质量比高达95％,而颗粒固相中PAHs则以菲、芘、荧蒽、屈、苯并（a）蒽等为主,其中苯并（a）蒽与屈在不同工况下质量比达80％以上;气相中PAHs环数以3环和2环为主,而大部分工况下颗粒固相中PAHs环数以4环为主,其次为3环．     

EGR对柴油机燃烧影响模拟

 废气再循环（EGR）作为控制缸内NOx生成的一项技术已广泛应用在现代直喷柴油发动机上。但EGR对氮氧化合物（NOx）、碳烟（Soot）排放的影响原因尚未被完全理解。为了全面分析EGR的特性,建立了基于GT-POWER的柴油机仿真模型。根据柴油机的基本结构,该模型为带有EGR系统的增压直喷柴油机一维流体动力学循环仿真模型。在分别固定进气压力和空燃比两种情况下,对EGR影响柴油机燃烧的特性进行了研究。结果表明,在恒定进气压力和EGR温度的情况下,随着EGR率的升高,缸内压力升高率减小,最高缸内爆发压力降低,燃烧放热始点推迟,燃烧峰值放热率升高。EGR导致Soot升高燃油经济性降低。在恒定进气空燃比和EGR温度的情况下,随着EGR率的升高,缸内压力的升高使燃烧放热始点提前,废气的惰性气体特性延缓燃烧成为次要因素。EGR的加入使燃烧恶化放热率降低。缸内的燃烧温度降低,减少了NOx的生成。小EGR率可以改善Soot的排放情况。所以在不同的边界条件下引入EGR的作用不同,在EGR控制策略中,利用控制进气空燃比的EGR控制方法并没有完全利用EGR特性,应该形成分别控制空气质量流量和EGR率的气路控制策略。在恒定EGR率的情况下,EGR温度的升高缩短了燃烧滞燃期,燃烧始点提前放热率峰值降低。最终缸内气体温度升高,NOx排放升高,Soot有轻微的改善,表明为了更好控制EGR系统,应对EGR温度进行控制。     

柴油机非稳态燃烧的循环模拟

在非稳态燃烧过程中 ,发动机的转速、燃油喷射率和负荷在每一循环中均不相同 ,而且循环结束时的条件也不等于循环开始时的条件 ,所以不能用稳态模型研究柴油机的非稳态燃烧过程 文中以燃烧模拟函数为基础建立了柴油机非稳态燃烧的循环模拟模型 ,并开发了相应的计算程序 该程序可用来计算气缸压力、温度、空燃比等参数 试验和计算结果的对比表明 ,该循环模拟程序能较好地预测柴油机非稳态工作时的性能     

柴油机非稳态燃烧的循环模拟

在非稳态燃烧过程中,发动机的转速、燃油喷射率和负荷在每一循环中均不相同,而且循环结束时的条件也不等于循环开始时的条件,所以不能用稳态模型研究柴油机的非稳态燃烧过程。文中以燃烧模拟函数为基础建立了柴油机非稳态燃烧的循环模拟模型,并开发了相应的计算程序。该程序可用来计算气缸压力、温度、空燃比等参数。试验和计算结果的对比表明,该循环模拟程序能较好地预测柴油机非稳态工作时的性能。     

用改进的多区模型计算柴油机中的燃烧和排放

在广安博之直喷式柴油机多区燃烧模型的基础上,改进了燃油雾滴的运动和蒸发模型,以及碳烟的生成与氧化模型,增加了缸内挤流和涡流模型、油滴碰壁和反弹模型,计算结果表明,改进后的油束运动模型比原模型更加合理,较好地解决了空气卷吸问题,在不同转速和负菏工况下均能获得令人满意的精度,能够反映缸内与各区内的燃烧与排放物生成情况,用改进的多区模型可以较好地研究直喷式柴油机的工作过程及其排放。     

柴油机燃烧过程计算机模拟研究现状及趋势

运用分析和比较的方法,对计算机模拟的柴油机燃烧过程的零维模型、准维模型和多维模型进行介绍,比较其各自的优缺点和适用范围,并对燃烧过程的计算机模拟的发展趋势提出自己的观点和看法。通过对燃烧模型的介绍,加深人们对燃烧过程的认识,同时,加速计算机模拟技术在柴油机燃烧研究中的应用,以大大减少新产品的研制周期和成本,大幅度削减发动机的试验费用,更加有利于工程实际问题的解决。     

正十四烷在柴油机条件下芳香烃的形成及演化

以单缸直喷柴油机为研究背景,考虑了正十四烷（C14H30）燃料的详细化学反应机理,设计了化学成分的焓值计算程序,对缸内燃烧过程进行三维数值模拟计算,研究了诱发碳烟颗粒先导物生成的单环及多环芳香烃（PAHs）的形成,应用Belardini碳烟模型讨论了缸内碳烟颗粒的形成和演变过程,分析了PAHs对碳烟生成的影响．结果表明...     

附着于玻璃表面的柴油火灾烟尘特性研究

在开放空间中利用玻璃片采集柴油燃烧火焰不同高度下的烟尘颗粒物,通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）和拉曼光谱分析烟尘颗粒的理化特性,结果表明：烟尘中碳、氧元素以无定形C、C—C、C—O、—COOH和吸附O等多种状态结合;随着采样高度的增加,烟尘中无定形C的含量呈现增大的趋势,无序化程度增强。     

高速直喷柴油机碳粒形成和氧化规律的研究

为研究高速Ｆ１２０柴油机燃烧过程中碳粒在不同的火焰条件下形成和氧化的 规律，运用缸内瞬态取样技术和火焰辐射测量技术在该机采用多孔喷射、雾化燃烧系 统和伞喷、预混合燃烧系统时，测取了以预混合燃烧为主和以扩散燃烧为主的两种燃 烧过程中碳粒、氧浓度和火焰温度变化曲线。结果表明柴油机以预混合燃烧时因混合 气结构均匀和较快的燃烧速度对扼制碳粒的形成有较明显的作用．     

柴油机燃油和空气磁化节油减烟试验研究

在 S195柴油机试验台架上对柴油机的动力性、经济性和碳烟排放进行研究 ,在标定工况下 ,采用不同磁场强度和不同磁化方法对燃油与空气磁化。结果表明 ,柴油机的比油耗有所下降 ,转速有所提高 ,排气烟度得到大幅度改善。另外 ,空气和燃油磁化后对柴油机性能也会产生影响 ,即燃油和空气同时磁化的效果最佳。     

K2Ti2O5的制备及其对柴油机尾气碳黑催化氧化的性能

以醋酸钾(CH3COOK)、钛酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)、无水乙醇和柠檬酸等为原料,采用柠檬酸配位燃烧法合成钛酸钾系列碳黑氧化催化剂(DOC)K2Ti2O5。利用X线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)表征K2Ti2O5的晶相及表面形貌;利用程序升温反应(TPR)考察老化时间、K2Ti2O5与碳黑颗粒的接触方式、焙烧温度、尾气中SO2和水蒸气含量、重复使用等因素对K2Ti2O5催化活性的影响。结果表明:K2Ti2O5催化活性较高,起燃温度低至280℃,峰值温度为322℃,催化活性在同类活性金属钛氧化物中最好,并且具有良好的重复使用稳定性及抗SO2和水蒸气稳定性。     

柴油机燃烧放热规律的数值模拟

提出一种将模拟退火算法和阻尼最小二乘算法相结合的改进算法,并将其用于零维燃烧模型的建立.以预测值和实测值的偏差及曲线的拟合优度为衡量标准,对改进算法和传统算法进行比较.结果证明,改进算法具有提高零维燃烧模型精度、减少计算时间及对初值的要求、避免病态矩阵和复数结果出现的优点.     

均质燃烧降低柴油机碳粒与NOx生成的研究

通过对以扩散燃烧为主的非均质燃烧与以预混合燃烧为主的均质燃烧中燃烧温度，碳粒生成、ＮＯｘ形成，以及它们之间关系的研究，发现非均质燃烧中的高温，低氧浓度区不仅产生了碳粒，而且不易迅速氧化碳粒，导致较长的高温时间促使大量的Ｎｘ生成，而均质燃烧则会同时降低碳粒与ＮＯｘ生成。     

Influence factor of diesel soot formation in diesel engine combustion predicted by multistep soot model with highlight in soot surface activity

As more strict regulations on soot emission with increasing emphasis on the emitted soot particle size have been imposed, diesel engine partially premixed combustion had been proven to achieve ultra-low NOx and soot emissions with high thermal efficiency simulta- neously, by synergy control of mixing and chemical parameters. It calls for further study in the effect of com- bustion boundaries on soot formation. In this study, soot formation characteristic was investigated by CFD code coupled with reduced n-heptane model and improved multistep soot model. History of acetylene, which is taken as the main species of PAH formation and soot surface growth, plays more important roles on soot prediction. The revised parameter of fraction of active sites αCH was introduced as the indicator of soot surface activity in diesel soot formation. The effects of combustion boundaries on soot surface activity and soot surface growth were explored in this study. When the mixture was quite homogeneous, lowered combustion temperature was the main factor for reduced soot formation due to the lowered specific surface growth rate RCH, in spite of ec/4 increasing slightly due to the slowed decay rate of surface activity. As the inhomo- geneity of the mixture was increased, more unburned hydrocarbons were produced, promoting the formation of acetylene and soot surface activity. It was the dominated reason for higher soot surface growth rate, resulted wors- ened engine-out soot. In addition, residual of CO in later combustion phase impeded the re-oxidation of soot.     

船用柴油机实现低NOx燃烧的数值模拟

为研究“浅坑型”燃烧室缸内高温燃油的雾化与燃烧过程,建立了L23/30H柴油机的CFD计算模型,应用台架试验验证了计算模型的有效性,在提高燃油喷射温度的条件下模拟了缸内平均压力和温度的变化,对比分析了排放物的生成情况.结果表明:燃油喷射温度对L23/30H柴油机的动力性能影响不大,对NOx生成有显著影响,燃油喷射温度上升至413 K时,NOx生成速率减小,NOx最终生成量有量级上的减小,能满足MARPOL公约73/78附则Ⅵ修正案的排放规定,燃油喷射温度继续升高,NOx生成量变化甚微;燃油喷射温度的升高使得扩散燃烧过程中Soot的再氧化效应减小,最终Soot生成量有所升高.     

柴油机燃烧过程中多环芳香烃的生成机理

以正庚烷和甲苯作为柴油燃料替代混合物,构建了1个包含多环芳香烃（PAHs）的柴油燃料替代混合物燃烧化学动力学机理,PAHs的生成考虑到5个苯环。该机理包括153种组分,697个基元反应。在激波管、正庚烷预混火焰和均质充量压燃着火发动机条件下对该机理进行了验证,结果表明构建的机理在HCCI燃烧方面的预测性能是可靠的,可以进一步简化,进而为CFD多维模型与化学反应动力学模型相耦合计算燃烧和排放提供了可行的途径。