柴油機碳煙顆粒生成規(guī)律和尺寸分布特性的研究.pdf

1、碳煙是柴油機排放微粒的主要組成部分，常占微粒總量的50％-80％之多，碳粒是燃料在缺氧的條件下燃燒時形成的。細微或超細微的納米級碳煙顆粒由于直徑較小，故能長期懸浮于大氣中而不沉降，碳粒上吸附的可溶性有機物、HC和硫酸鹽等對人體有危害，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，詳細的了解碳煙顆粒的形成過程是十分必要的。
　　本文結(jié)合柴油機燃燒過程中碳煙顆粒前驅(qū)物形成的復雜化學反應機理，采用多步碳煙模型對碳煙顆粒的形成過

2、程進行數(shù)值模擬，其中包含顆粒成核、顆粒碰撞凝結(jié)、表面生長、表面氧化、PAHs直接沉積等過程，針對多環(huán)芳香烴PAHs分子對碳粒表面生長的貢獻作用，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模型，完善并發(fā)展了多步碳煙顆粒物計算模型。計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，實現(xiàn)了多步碳煙顆粒模型與正十四烷燃料復雜化學反應機理的耦合以及其他計算模型（“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，計算結(jié)果揭示了碳煙顆粒尺寸分布與形成、發(fā)展演變過程。
　　單缸柴油機實驗臺架上建立尾氣分流稀釋通道，采用低壓撞擊器（LPI）對排氣顆粒進行粒徑和質(zhì)量的測量；并通過廢氣分析儀測量排氣中的NO，HC，CO2、CO等氣態(tài)污染物；同時，實時監(jiān)測缸內(nèi)燃燒過程中壓力和放熱率隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律。詳細研究了發(fā)動機運行工況對碳煙顆粒排放物尺寸分布與生成過程的影響規(guī)律，實驗測量驗證了計算模擬結(jié)果。

4、　　計算模擬結(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)、表面生長和PAHs沉積作用的結(jié)果。通過實驗很好的驗證了模擬的準確性。
　　試驗測量結(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)