基于有机金属添加剂的柴油机颗粒物荷电特性试验研究

摘要

现代柴油机具有动力强、油耗低、可靠性高的特点，但其排放的微纳米级颗粒物给大气环境和人类健康带来极大危害。因此，如何降低柴油机颗粒物的排放量是一个充满挑战性和急需解决的课题。随着柴油机后处理技术的应用，柴油机颗粒物排放总质量大幅度减少，但是对微纳米颗粒排放数目的控制效果并不明显，而在最新颗粒物排放标准中，颗粒物数目的控制已成为主要的任务之一。因此，对颗粒物采用荷电凝并技术来促进颗粒物凝并、减少颗粒物数目，不仅在柴油机排气后处理方面具有重大意义，同时也将在微纳米颗粒物控制领域发挥重要作用。
　　本文进行荷电凝并技术的前期研究工作，设计了柴油机排气颗粒物双极荷电装置，利用高精度的数字电荷仪和自制法拉第筒实现对颗粒荷电特性的精确测量，研究颗粒物比电阻、电压、排气参数等条件对荷电特性的影响规律。
　　根据液体相溶性极性原则配制出含二茂铁质量浓度分别为10mg/L、15mg/L的柴油混合燃料和纳米CeO2颗粒质量浓度分别为50mg/L、100mg/L的柴油混合燃料，分别标记为Fe10、Fe15和50CeO2、100CeO2，与纯柴油组成5种测试燃料，并在柴油机台架上进行对比试验，研究金属添加剂对颗粒物荷质比的影响。结果表明：燃油中添加有机金属添加剂后排放颗粒物的荷质比随电压的变化规律与纯柴油相似，均是随着荷电电压的升高呈线性增长；与纯柴油相比，燃用Fe15燃油、50CeO2燃油产生的颗粒物经负电压荷电后其荷质比分别增长了15％、8%。
　　采用微孔均匀沉积冲积器MOUDI(Micro-Orifice Uniform Deposition Impactor)研究有机金属添加剂对颗粒物粒径分布规律的影响，通过扫描电子显微镜SEM(Scanning Electron Microscope)和能量色谱仪 EDS(Energy Dispersive Spectrometer)两种测试手段对柴油机燃用不同测试燃油排气颗粒物的理化特性进行分析，结果表明：不同转速100%负荷工况下，柴油机燃用Fe15燃油排放颗粒物的粒径总体向小粒径方向发展，颗粒物质量浓度随着转速的升高呈下降趋势；燃用二茂铁测试燃油排放的颗粒物荷电后样品形貌为不规则分布的链状或团状积聚体。对比燃用二茂铁测试燃油和纯柴油排气颗粒物的形貌特征发现，颗粒物中链状积聚体有所减少，团状颗粒积聚体增多，团聚程度明显增大。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 柴油机排放颗粒物的特性

1.3 柴油机颗粒物排放法规的发展

1.4 柴油机颗粒物排放控制技术的进展

1.5 颗粒物荷电凝并技术的研究进展

1.6 燃油添加剂的研究现状

1.7 本文的研究意义及主要内容

第二章 柴油机排气颗粒物双极荷电试验研究

2.1 双极荷电试验系统和方法

2.2 直流电场下柴油机颗粒物荷电理论

2.3 直流电场下柴油机颗粒物荷电试验

2.4 颗粒物比电阻对荷电效果的影响

2.5 柴油机工作参数对荷电效果的影响

2.6 本章小结

第三章 金属添加剂燃油的制备及其稳定性研究

3.1 颗粒物在液相中的分散机理

3.2 颗粒在液相中分散方法

3.3 表面活性剂的选择

3.4 纳米燃油的制备

3.5 纳米燃油的稳定性研究

3.6 本章小结

第四章 有机金属添加剂对柴油机颗粒物荷电性能的影响

4.1 试验设备及测试方法

4.2 试验结果及分析

4.1 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

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