正庚烷对冲扩散火焰中添加长链醚类对碳烟前体生成特性的影响

生物质基长链含氧燃料具有良好的碳烟减排特性,是富有前景的柴油添加剂。通过实验和数值模拟分析了25%三丙二醇单甲醚(TPGME)和25%聚甲氧基二甲醚(PODE)添加对正庚烷对冲扩散火焰中碳烟前体生成特性的影响。通过气相色谱(GC)测量了对冲扩散火焰中C1~C4烃类的摩尔分数,实验结果表明TPGME和PODE的添加减少了乙烯和乙炔的形成。通过反应动力学机理结合解耦方法实现了燃烧动力学过程模拟,能够很好匹配实验结果。模拟结果表明核心燃烧区域的温差不超过50 K,说明含氧添加剂对火焰温度影响较小;稀释效应和热效应降低了乙炔、乙烯的浓度,而化学效应则有利于乙烯和乙炔的生成。生产率(ROP)和反应路径计算表明不饱和烃主要由正庚烷的氢提取和β-断键反应生成,两种添加剂均不会对该路径产生实质性影响。由于氧原子的存在,TPGME和PODE分子中碳原子极易转化为醛和一氧化碳(CO)而非不饱和烃。最终,稀释效应和热效应是降低正庚烷火焰中碳烟前体排放的关键因素。

柴油/甲醇高温富燃动力学机理的简化

采用直接关系图(DRG)法和敏感性分析(SA)法对包含261种组分、1,338个反应的柴油/甲醇高温氧化机理进行了简化.开发了适用于层流火焰模型的DRG简化程序,取阈值0.01得到包含65种组分、409个反应的初步简化机理,将该机理与详细机理的模拟结果进行了对比分析;在初步简化结果的基础上,采用SA方法进一步得到包含61种组分、151个反应的简化机理.简化机理对参比燃料中甲苯和产物中苯的模拟结果与层流火焰的试验值吻合较好,能反映碳烟前驱体的演化过程;氧化剂、主要产物以及其他参比燃料的预测值与试验值接近,可以描绘层流预混火焰结构;简化机理与预测双燃料着火的23步反应机理结合后,应用到缸内燃烧的三维模拟中,可以较为准确地预测缸内压力和放热率的变化.

正丁醇-柴油低温燃烧碳烟前驱物生成机理

以正庚烷-正丁醇-多环芳香烃-甲苯简化机理作为正丁醇-柴油混合燃料燃烧化学反应动力学机理,应用计算流体动力学软件耦合化学动力学机理建立三维数值模型,研究了正丁醇掺混比例和EGR率对正丁醇-柴油混合燃料低温燃烧碳烟前驱物(苯(A1)、萘(A2)、菲(A3)和芘(A4))生成的影响.结果表明:碳烟前驱物主要在预混燃烧阶段生成.随着正丁醇掺混比例的增加,A1、A2、A3和A4的生成时刻延迟,A1的最终生成量先增加后减少,A2、A3和A4的最终生成量减少.随着EGR率的增加,A1、A2、A3和A4的生成时刻延迟,A1的最终生成量增加,A2、A3和A4的最终生成量先增加后减少.A3的最终生成量峰值所对应的EGR率随着正丁醇掺混比例的增大而减小.

Cu-Mg/Al复合氧化物催化碳颗粒物燃烧性能的研究

恒定二价与三价阳离子比为3(nM2+/nM3+=3),采用共沉淀法制备不同Cu含量的系列水滑石前驱物,800℃焙烧4h形成复合氧化物(CuO质量百分数分别为0%、5%、10%、15%、20%、30%、40%)用作柴油车排放碳颗粒物燃烧的催化剂,并采用XRD、BET、TG-DSC、FT-IR、TPR等表征手段研究了Cu、Mg含量对材料前驱物物化性能的影响及对其衍生复合氧化物催化碳颗粒物燃烧性能的影响.结果表明,Cu、Mg含量对材料的热稳定性、比表面和催化氧化活性有显著的影响.Mg有助于提高催化剂的热稳定性;Cu含量增加,催化剂比表面下降,但比表面不是影响催化剂活性的主要因素.CuO含量为15%时,催化剂具有最好的催化活性和稳定性,碳颗粒物的起燃温度(T10)和半转化温度(T50)分别为336℃和409℃.在CuO含量≤30%时可以形成结构完整的水滑石前驱物,CuO含量为40%时出现Cu(OH)2杂相;CuO含量<20%时,经高温焙烧可得到均匀的复合氧化物,CuO含量≥20%时出现CuO偏析.TPR结果表明焙烧温度和复合氧化物的组成决定了材料的可还原性能.

预混合乙烯火焰生成物相对浓度的激光诊断

针对4种典型的预混合乙烯火焰,在不同火焰温度及不同当量比下,用激光诱导炽热法(LII)和激光诱导荧光法(LIF),对预混合燃烧过程中产生的碳烟颗粒及其前驱物的相对浓度分布进行了研究,结果表明,高温、缺氧是产生碳烟颗粒前驱物的重要原因,在相同的当量比下,随着火焰温度的升高,碳烟颗粒前驱物的相对浓度明显上升,导致碳烟颗粒物相对浓度也不断升高,碳烟颗粒前驱物的相对浓度随着燃料当量比的升高而显著上升,另外,碳烟颗粒物的相对浓度变化总是与其前驱物的相对浓度变化相一致,与小分子碳烟颗粒前驱物相比较,大分子碳烟颗粒前驱物在预混合火焰中的浓度高,分布范围广。

适用于汽油参比燃料TRF的多环芳香烃生成机理

构造了一个包括287种组分和1569个反应的汽油参比燃料TRF(toluene reference fuel)燃烧过程中多环芳香烃(PAHs)生成机理的详细化学反应动力学模型,引入四种PAH生长路径将多环芳香烃的生成机理发展到芘A4(C20H12)水平,并通过对PAH产率的分析,指出乙炔(C2H2)、丙炔(C3H3)、乙烯基乙炔(C4H4)以及含有奇数碳原子的环戊二烯自由基(C5H5)和茚基(C9H7)等物质对PAHs生成和生长起到重要作用.该机理可以较准确计算基础燃料(PRF)和TRF火焰的着火延迟期、燃烧火焰中小分子(PAH前驱体C2H2、C3H4等)和PAHs的物质浓度.通过与实验数据的比较表明,该机理在不同温度、压力、化学计量比下具有较好的性能.由此分析,该机理对碳烟前驱物PAHs的预测性能是可靠的.

EGR对不同生物柴油/柴油掺混比下碳烟前驱体形成的影响

以生物柴油和柴油混合燃料为研究对象,采用AVL-Fire和Chemkin软件耦合,简化正庚烷-癸酸甲酯-9-癸烯酸甲酯燃烧反应机理作为燃烧化学反应动力学机理,构建了有3299个组分和10806个基元反应的生物柴油/柴油化学反应动力学模型,分析了EGR率和生物柴油/柴油掺混比对乙炔、苯、萘、菲和芘等碳烟前驱体生成规律的影响.结果表明:碳烟前驱体主要生成于预混燃烧阶段;随着曲轴转角的增加,碳烟前驱体生成量呈先升高后降低的趋势;随着生物柴油/柴油掺混比的增加,碳烟前驱体的初始生成时刻提前,生成量峰值和最终生成量都有所降低;随着EGR率的增加,生成量峰值时刻都有所滞后,乙炔生成量峰值降低,最终生成量逐渐升高,苯、萘、菲和芘最终生成量有所增加.

燃烧室形状对正丁醇-柴油燃烧碳烟前驱物生成的影响

通过保持压缩比和燃烧室容积不变,应用计算流体力学(CFD)软件建立燃烧室三维数值模型并耦合CHEMKIN,以正庚烷-正丁醇-多环芳香烃-甲苯简化机理作为正丁醇-柴油混合燃料燃烧化学反应动力学机理,研究不同径深比燃烧室对正丁醇-柴油低温燃烧不同燃烧阶段碳烟前驱物A4(C16H10)生成的影响.结果显示,燃烧室径深比对正丁醇-柴油混合燃料燃烧压力和放热率影响较小,对A4的生成历程影响较大.在燃烧初期,A4主要分布在燃烧室凹坑、侧壁和活塞顶,燃料高温裂解产生的中间基团C2H2和C3H3在A4的生成过程中起关键作用.径深比较小时,局部高温使A4的生成量较多,径深比较大时,温度分布均匀,A4生成量少.在燃烧末期,A4的生成集中在燃烧室凹坑,且随着径深比的增加,A4的生成量呈现先增加后减小的趋势.

正丁醇——柴油燃烧碳烟前驱物的化学动力学分析

为了解正丁醇—柴油燃烧碳烟前驱物(PAHs)的形成过程,以正庚烷—正丁醇—多环芳香烃—甲苯简化机理作为正丁醇—柴油混合燃料燃烧化学反应动力学机理,应用化学动力学软件建立零维发动机模型,模拟混合燃料在不同的进气温度(303 K、363 K、423 K)和当量比(0.5、1.0、1.5)条件下发动机内正丁醇—柴油燃烧PAHs的生成规律,并与纯柴油进行比较,进一步分析加入正丁醇后碳烟前驱物减少的原因。结果表明:在不同的进气温度和当量比下,柴油中掺入20%的正丁醇(B20)时,在燃烧中期(CA50)碳烟前驱物苯(A_1)、萘(A_2)、菲(A_3)和芘(A_4)的生成均与C_2H_2、C_2H_3、C_3H_3、C_4H_3、C_4H_4和C_4H_5等燃烧中间小分子物质有关;B20与纯柴油(D100)相比,C_2H_2、C_2H_3、C_3H_3、C_4H_3、C_4H_4和C_4H_5等中间小分子物质的生成速率减慢且消耗速率较快,其负归一化反应系数要比D100条件下高0.2左右;同时,A_1、A_2、A_3和A_4的缸内生成速率和生成量也有所降低。因此,在柴油中掺入一定比例的正丁醇可以改善发动机PAHs和碳烟排放。

乙烯部分预混火焰中苯的生成机理

为了研究苯及相关组分的含量,以验证气相化学反应机理,选取常压环境下乙烯部分预混火焰作为研究对象,运用Chemkin软件对火焰进行数值模拟,采用气相色谱-质谱(GC/MS)系统对目标组分进行定性和定量分析,通过数值模拟与试验相结合的方法,分析了氧化剂掺混对乙烯火焰中永久性气体组分和C1-C6烃类化合物等主要气相前驱体的生成量和苯的生成路径所产生的影响.研究结果表明:在乙烯火焰的燃料端掺入少量氧气,促进了苯的生成;氧气的加入促进了C2和C4烃类化合物的相互作用以及C3H3的自身加成反应,从而导致苯的生成量明显增加.