【摘 要】
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颗粒物是柴油机尾气的主要污染物,严重危害人体健康和大气环境。在柴油中掺混醇类燃料可以有效减少颗粒物排放,但不同碳链长度的醇类燃料会影响颗粒物的生成过程,进而改变颗粒物的物理化学性质和氧化特性。因此,深入研究不同碳链长度的醇类燃料对柴油机颗粒物排放、理化性质及氧化活性的影响规律,对于开发柴油机可再生替代燃料以及减少颗粒物排放具有重要意义。本文基于四缸增压柴油机台架,采用相同氧含量但不同碳链长度的醇-
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颗粒物是柴油机尾气的主要污染物,严重危害人体健康和大气环境。在柴油中掺混醇类燃料可以有效减少颗粒物排放,但不同碳链长度的醇类燃料会影响颗粒物的生成过程,进而改变颗粒物的物理化学性质和氧化特性。因此,深入研究不同碳链长度的醇类燃料对柴油机颗粒物排放、理化性质及氧化活性的影响规律,对于开发柴油机可再生替代燃料以及减少颗粒物排放具有重要意义。本文基于四缸增压柴油机台架,采用相同氧含量但不同碳链长度的醇-柴油混合物为实验燃料,如甲醇/柴油混合物（M10）、正丁醇/柴油混合物（NB25）和正辛醇/柴油混合物（NO45）,并以纯柴油（D100）用作参考燃料,研究了两种负荷工况下（0.6MPa和1.2MPa）柴油机的燃烧性能和碳烟颗粒排放特性的变化规律。并且,基于对颗粒的采样和前处理,采用表征测试手段对颗粒的理化性质和氧化活性进行了重点分析。主要内容如下:首先,基于柴油机实验平台,研究了不同燃料对柴油机燃烧性能和碳烟颗粒排放特性的影响。研究发现,与纯柴油相比,醇类燃料的加入延迟了着火开始时刻,增加了缸压峰值,且NB25燃料的着火时刻最晚,缸压峰值最高。在多数工况下与纯柴油相比,混合燃料的热效率有所降低而比油耗上升。在碳烟颗粒排放方面,混合燃料能够显著降低碳烟排放量以及聚集态颗粒物浓度,但导致核态颗粒物浓度增大。然后,采用拉曼光谱、傅里叶红外变换光谱和X射线光电子能谱研究了颗粒的石墨化程度、表面官能团、O/C比以及C原子的杂化方式。研究发现,醇燃料的使用增大了颗粒的石墨化程度。并且,在0.6MPa和1.2MPa负荷时,石墨化程度最高的颗粒样品分别为M10和NO45。此外,混合燃料降低了脂肪族C-H官能团和含氧官能团的相对含量,并使得颗粒表面O/C比和sp~3/sp~2杂化比减小。并且,M10颗粒的脂肪族C-H官能团、COO及C-O等含氧官能团的相对含量最低。最后,基于热重分析仪研究了不同燃料颗粒的氧化活性。并且,基于偏最小二乘回归法（PLS）建立了表观活化能（Ea）的回归模型,研究了颗粒的物理化学性质与其氧化活性的相关关系以及敏感性程度。结果发现,在所有燃料颗粒中,M10颗粒的Ea最低,即氧化活性最高。而随着NB25到NO45燃料的使用,Ea持续增大,NO45颗粒的Ea最高,即氧化活性最低。通过PLS分析发现,dp、Df、La、D1-FWHM、C-H/C-C比、sp~3/sp~2比等参数与Ea成正相关关系,d、Tf、O/C比以及含氧官能团与Ea成负相关关系。此外,d、Tf、dp是影响颗粒氧化活性最重要的三个因素。
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