MnO_(δ)催化剂的制备及对柴油机尾气炭烟颗粒燃烧的催化性能

基于氧化锰(MnOx)催化剂优异的氧化还原性能,采用水热法制备了一系列具有层状结构的MnO_(δ)催化剂,并对其物化性能进行了表征.研究了水热反应温度、煅烧温度以及原料组成对催化剂晶体结构、形貌和氧化还原性能的影响,并将MnO_(δ)催化剂应用于柴油机尾气炭烟颗粒的催化燃烧.结果表明,当水热反应时间为12 h,煅烧温度为550℃,反应原料中KOH和K_(2)CO_(3)同时存在时,所制备的MnO_(δ)-t_(12)催化剂具有最佳的催化燃烧炭烟颗粒的活性,T_(10),T_(50)和T_(90)值分别为274,321和354℃.

旋转超重力场净化沥青烟颗粒物的研究

沥青在加热使用过程中产生大量沥青烟颗粒物,为了克服传统的过滤法容易堵塞滤料、喷淋塔水洗法净化率不高、静电捕集法存在着火隐患等不足。本文研究了旋转超重力机转子外腔体进气,内腔体喷水条件下,转子转速、喷水量、气体流量等参数对沥青烟颗粒物去除率的影响规律。研究发现:沥青烟颗粒物去除率随转速增加而增大,在低转速阶段转速对去除率的影响较大,高转速阶段转速对去除率影响增幅减缓。在不喷水条件下去除率较低,喷水可以有效提高去除率。随入口气体流量增加去除率降低,缩短了停留时间。在本研究最优化条件下最高去除率为99.2%。研究表明超重力机能够有效净化沥青烟颗粒物,为沥青烟颗粒物净化提供一种新技术,具有环保意义和应用价值。

柴油机尾气炭烟颗粒物催化净化催化剂的研究进展

柴油机因其较好的动力性、经济性和耐久性而广泛应用于汽车、船舶、重型货车、工程机械等领域。但是,柴油机在节省了燃料、增大功率的同时却导致了高炭烟颗粒物的排放,给人类健康和生存环境带来严重危害。因此,降低和消除柴油机尾气中的炭烟颗粒物排放是柴油机尾气催化净化的首要任务,开展这方面的研究具有重要的理论和现实意义。根据活性组分的不同,分别从贵金属催化剂、碱金属及碱土金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂、复合型催化剂等方面综述了催化净化柴油机尾气炭烟颗粒物催化剂的研究进展,以期为高性能催化剂的研发提供理论借鉴。

PODE_(2-4)掺混正庚烷/甲苯燃烧碳烟颗粒理化性质影响研究

为研究一种聚甲氧基二甲醚(PODE_(2-4))掺混正庚烷/甲苯混合燃料对碳烟颗粒理化性质的影响,搭建了同轴射流反扩散火焰燃烧平台,采用透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱仪(Raman)和热重分析仪(TGA)对颗粒样品进行分析。结果表明:随着PODE_(2-4)由0掺混至30%,碳粒子直径逐渐向小粒径方向偏移,平均粒径逐渐下降,颗粒内部微晶曲率平均值逐渐增大,微晶长度则呈相反趋势,且减小幅度逐渐增大;一阶拉曼光谱中代表晶格内部缺陷和无序结构的D峰与代表石墨稳定结构的G峰的积分强度之比逐渐增加,石墨化程度降低,无序程度增大;质量损失速率峰值温度、起始氧化温度、燃尽温度和表观活化能均呈下降趋势,颗粒反应活性增强。分析结果表明,PODE_(2-4)可作为燃料添加剂改变碳烟颗粒微观结构,进而增强其氧化活性,该研究可为实际工程应用中PODE_(n)与柴油掺混燃烧并促进DPF再生提供一定的理论参考。

不同燃烧阶段的锂离子电池电解液燃烧烟颗粒特性研究

为探究不同燃烧阶段锂离子电池电解液自身烟颗粒特性差别以及与正庚烷和煤油的差异,利用扫描电子显微镜观察不同燃烧阶段中,电解液、正庚烷和煤油明火燃烧时的烟颗粒形貌特征并进行粒径分析,研究不同电解液、正庚烷和煤油火灾烟颗粒特性随燃烧阶段的变化规律。研究结果表明:电解液明火烟颗粒为球形液滴,且不同燃烧阶段粒径差异显著,3种电解液(EC-DMC、EC-DEC、EC-DEC-DMC电解液,下同)燃烧烟颗粒早期粒径分别约为22.17,90.24,44.74 nm,早中期粒径分别约为205.48,245.82,275.82 nm;3种电解液燃烧烟颗粒形貌特征与正庚烷和煤油火灾烟颗粒不同,粒径差异显著,电解液燃烧烟颗粒较正庚烷和煤油燃烧烟颗粒在早期相差约110~140 nm,早中期相差约50~90 nm,中期相差约60~190 nm,末期相差约150~210 nm。研究结果可为电解液燃烧烟颗粒与正庚烷和煤油的燃烧烟颗粒光学散射模拟研究、电解液感烟火灾探测器的光学结构设计、快速识别及准确报警等研究提供参考。

凝并作用下火灾烟颗粒粒径分布及变化

预测火灾烟颗粒粒径分布特征参数的动态变化可实现探测系统对环境参数响应的动态模拟.顶棚烟气输运中,烟颗粒的布朗凝并是改变粒径分布的主要过程,应用矩方法求解布朗凝并作用下对数正态颗粒粒径分布的烟颗粒非线性凝并方程,得到随燃烧变化的凝并速率下粒径分布特征参数随时间的计算结果.正庚烷试验火烟颗粒分布的计算预测值与实验测量值相近,结果表明,在烟雾浓度快速上升阶段,烟颗粒凝并造成颗粒浓度损失不明显,几何平均粒径变化很小,而燃烧基本结束后,烟颗粒数密度衰减很快.

柴油机缸内碳烟颗粒形成过程与尺寸分布特性

采用了唯象的半经验碳烟排放模型,考虑了碳粒成核、表面成长、凝结和氧化的基本过程,模拟计算了柴油机缸内燃烧条件下缸内碳烟形成过程中的活性基核、碳粒核的生成规律及碳粒尺寸分布规律,并对碳烟排放进行了分析。计算结果表明:燃烧温度和混合物当量比对初始碳核的生成有很重要的影响,碳核粒子首先在活塞凹坑底部的浓混合区域生成,随燃烧的扩散过程,燃烧室中心位置和凹坑唇边挤流区相继出现较高浓度的基核,但存在浓度相位差,缸内不同位置生成碳粒数量和尺寸分布是不同的,不同尺寸范围的碳粒数量和质量之间存在对应关系。

生物质燃油碳烟颗粒的形貌、结构与组分表征

通过微乳化工艺分别把不同含量的精制生物质裂解油与柴油进行混合(micro-emulsified biomass fuel,MEBF),研究了该类燃油碳烟颗粒的形貌与结构,并对其组分进行了表征。结果表明:该类燃油碳烟的一次颗粒形貌均为球形,而且一次颗粒之间互相连接构成链状团聚物。同时,精制生物质裂解油含量为20%(质量)(BS20)的混合油碳烟颗粒的平均粒径最小,约为32 nm,其他含量混合油碳烟颗粒的平均粒径均在38 nm左右。BS30石墨化程度高于其余碳烟,且BS20颗粒表面C O和C—O—C基团含量较高,可能归因于混合油燃烧过程中复杂含氧组分的氧化程度不同。

柴油车尾气碳烟颗粒物催化燃烧催化剂的最新研究进展

柴油车尾气排放的碳烟颗粒已经引起了严重的环境污染问题,必须加以净化处理。柴油车碳烟颗粒的低温燃烧离不开高活性的催化剂。针对柴油车排放的碳烟颗粒物后处理方法中的催化氧化技术,总结了近年来几种主要类型的碳烟燃烧催化剂(贵金属催化剂、碱金属催化剂、单组分过渡金属氧化物催化剂、多组分混合氧化物催化剂和固定结构复合氧化物催化剂)的最新研究进展,并对该研究方向存在的主要问题和应用前景进行了探讨。

火灾烟颗粒Stokes散射矩阵的实验研究

针对火灾烟颗粒的Stokes散射矩阵,利用电光调制器、1/4波片、偏振片及锁相放大器等设计与搭建了火灾烟颗粒光散射实验平台;并基于该平台测量了棉绳阴燃、正庚烷明火及檀香阴燃生成的3种烟颗粒的Stokes散射矩阵中16个元素的角度分布.实验结果表明,这些烟颗粒在光散射过程中都体现出明显的非球形效应,尤其是阴燃过程生成的灰烟颗粒.这说明基于球形模型的Lorenz-Mie散射理论对于分析烟颗粒光散射特征存在一定的局限性,而为了进一步挖掘火灾烟颗粒光散射过程中的光强与偏振等信息,需要建立合理的非球形模型,从而为光电感烟火灾探测技术的发展提供指导与支撑.

基于矩方法的碳烟颗粒动力学演化过程

基于离散颗粒群平衡理论,构建了碳烟颗粒动力学演化过程的数学模型,模型包含了颗粒的成核、碰撞凝聚、氧化和表面生长等过程,采用Lagrange内插值的矩方法建立了该模型相应的数值模型.以均匀搅拌器燃烧模型为基础,将上述数值模型与含有碳烟生成前驱物的详细化学反应机理进行耦合,并运用Fortran语言编程,搭建了颗粒动力学演变过程的计算平台.同时,对碳烟颗粒成核过程构建了3种成核模型.通过计算获得了碳烟颗粒生长演化的相关信息,探讨了不同成核模型对其他动力学事件,如凝聚、表面生长和表面氧化过程的影响.

乙炔/空气层流预混火焰中氢气添加对碳烟颗粒生成的影响

构建一维常压稳态层流预混火焰中碳烟颗粒动力学演化过程的数学模型,采用内插值的矩方法对该数学模型进行数值求解,并与含有碳烟前驱物的化学反应机理进行耦合,基于Fortran语言,建立碳烟生长演化的数值计算模型,在此基础上,分析乙炔/空气层流预混火焰中氢气添加对碳烟颗粒生成的影响。研究结果表明:氢气的添加可以通过改变火焰温度、稀释效应以及化学反应抑制作用来改变碳烟形成过程中的化学反应及颗粒动力学事件,从而减缓火焰中PAHs生长,降低碳烟颗粒的成核率、凝并率和表面生长率,对碳烟颗粒的生长起到了一定抑制作用。

吸气式管道尺寸及温差对烟颗粒输运的影响

在火灾标准燃烧室中,用扫描电迁移粒谱仪测量单孔采样的吸气管道内5种标准试验火烟雾颗粒浓度和粒径分布的变化,分析管道输运中管道参数对烟颗粒数目浓度损耗和中位径的影响。结果表明,在管道输运中,平均粒径相对较小的热解和阴燃烟雾颗粒,其小于0.1μm的超细颗粒部分的浓度损耗随管道长度的增加而增大,且烟颗粒平均粒径随管道增长而增大。而明火烟雾在管道输运中,由于管道与高温烟雾的温差增大,导致0.1-1μm颗粒的管壁沉积损耗增大,使烟颗粒数浓度下降,中位径减小了几个纳米。火灾早期,火灾阴燃和热解期间小于0.1μm的烟颗粒数目浓度占15%以上,因此,用较短的管道或者管道分级预警的方式可以减少滞留时间,提高极早期感烟探测的灵敏度。

火灾烟颗粒粒径分布变化模拟研究

实验测量5种标准火烟颗粒分布变化,联合Moment法和FDS对火灾烟雾运动的模拟,实现烟颗粒粒径分布动态变化的预测.对正庚烷试验火(TF5)烟雾颗粒分布模拟中,烟颗粒数总浓度的衰减趋势与实验结果一致,比不考虑凝并和凝并系数为定值时的结果更合理.模拟烟颗粒几何平均粒径缓慢增长,分布展宽,在前300s内,粒径分布参数变化很小,呈自保趋势,与实验一致.烟颗粒的凝并速率对初始几何平均粒径、初始总浓度和不规则的形貌更敏感,烟颗粒数浓度的衰减随凝并系数增大而加快.热释放速率和初始烟颗粒几何平均粒径的确定决定烟雾浓度的量级和预测的准确性.

柴油喷雾火焰中碳烟颗粒形貌及纳观结构特性

在定容燃烧弹内模拟柴油机上止点工作环境,进行喷雾燃烧试验.在环境氧体积分数为15%和21%时,用热泳探针在喷雾火焰不同轴向位置进行碳烟采样,用高分辨透射电镜(HRTEM)对样本进行观测和分析,研究不同环境氧体积分数对柴油碳烟颗粒形貌与纳观结构的影响.结果表明:环境氧体积分数从21%降低到15%,碳烟基元颗粒的氧化过程受到抑制,基元颗粒平均直径和团聚物回转半径增大,微晶碳层片段长度减小,扭曲度增加,基元颗粒石墨化程度降低;在同一氧体积分数下,随着采样位置远离喷孔,基元颗粒直径和团聚物回转半径减小,微晶碳层片段长度增加,扭曲度降低,基元颗粒石墨化程度增加.

管排换热器碳烟颗粒沉积分布特性的数值模拟

烟气换热器是内燃机余热回收系统中重要的组成部分,而内燃机排气中的碳烟颗粒会沉积在烟气换热器表面,形成的沉积层具有很低的导热系数,这种沉积现象会降低换热器传热效率,增加系统的运行成本和维护费用,同时给换热器设计带来较大的不确定性.目前针对内燃机排气碳烟颗粒沉积相关的研究大多关注于颗粒在换热器上的沉积总量变化,对于碳烟颗粒在换热面上沉积分布的研究较为匮乏,而沉积分布研究可以直观地体现出颗粒沉积集中的区域,从而更有针对性地指导换热器结构优化.为探究碳烟颗粒在管排换热器中的沉积分布情况,在FLUENT离散相模型的基础上,利用用户自定义函数(user-defined functions,UDFs),建立了考虑颗粒黏附和反弹行为的碳烟颗粒沉积数值模型,研究了不同流速与粒径下的颗粒沉积分布,并针对沉积分布情况探究了纵向管间距对颗粒沉积率的影响.结果表明:由于第3排管相较于前两排管的管后尾流区形成更加充分,同一条件下第3排管处的沉积率最大,沉积占比最高达57.8%;颗粒在换热管表面的沉积位置主要集中在第1排的管前滞止区附近和各排的管后尾流区附近,即颗粒速度较小且与换热表面碰撞几率较大的区域;综合考虑沉积和换热压降性能,在不同流速下纵向管间距与管径之比为1.75时为最优.

纳米MgO吸附火灾有害气体及炭烟颗粒模拟

建立0．4～3．0nm的MgO吸附烟气中CO、SO2等有害气体及炭烟颗粒的模型，基于分子动力学原理，采用L—J势函数和L—B组合规则，模拟纳米MgO对炭烟颗粒、C0等的吸附、吸收过程。计算量化了控烟过程中的主要技术参数（纳米MgO粒径、比表面积、吸附时间及温度），分析纳米MgO粒径和温度的变化对吸附性能的影响。结果表明，在1000K温度以下及在0．9nm作用范围内，纳米MgO均可迅速吸附炭烟颗粒及C0等气体，加速炭烟颗粒凝并、沉降过程，降低其在烟气中的浓度。

烟颗粒光散射Muller矩阵测量与尺寸、形状参数的研究

对烟颗粒光散射Muller矩阵及其测量原理、测量方法进行了说明，并对依据此测量方法建立的烟颗粒光散射实验平台进行了介绍．根据烟颗粒形状具有分形结构，以及该类颗粒光散射的特点，提出了用光散射Muller矩阵测量烟颗粒回转半径与分形维数的方法，并利用该方法对棉绳阴燃烟颗粒的回转半径进行了测量，结果表明棉绳阴燃烟颗粒的回转半径大致在200—300nm．

基于Monte-Carlo算法的燃烧过程碳烟颗粒生成特性

基于颗粒群平衡模拟的理论方法,建立描述碳氢燃料碳烟颗粒群尺寸分布函数演变过程的颗粒群平衡方程,将已有的详细化学反应机理和基于颗粒群平衡理论的碳烟模型进行耦合,采用直接模拟Monte-Carlo算法求解系统中的颗粒群平衡方程,获得燃烧过程中碳烟颗粒群尺寸分布函数的时空演变过程详细信息,同时模拟颗粒群成核、表面生长、凝并和氧化等多个动力学事件演变过程,分析颗粒数浓度、碳烟体积分数和最大颗粒数对颗粒物形成过程的影响规律,以及燃烧过程中颗粒粒径分布特性.

碳烟颗粒生长演变历程环境因素的影响

基于颗粒群平衡方程和包含有多环芳香烃分子生成的详细化学反应机理,构建了详细的碳烟生长数学模型,模型包含颗粒的成核、凝聚、表面生长和氧化等过程;采用Lagrange内插值的矩方法,导出了颗粒尺寸分布函数各阶矩的微分方程;与均匀搅拌器燃烧模型相耦合,应用Fortran语言编程,搭建了碳烟颗粒动力学演变历程的计算平台.探讨了温度、压力和燃空当量比等环境因素对碳烟颗粒生长演变历程的影响,计算结果表明:碳烟颗粒的数密度在某一温度下达到峰值,在温度相对较低、当量比和压力相对较高的环境下,碳烟的生成质量也较大;碳烟颗粒的最终质量是颗粒生长与氧化共同作用的结果.