DMCC尾气排放特性的研究

为了全面了解柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)的尾气排放特性,对比研究了原柴油机,DMCC模式以及加装了催化转化器的DMCC模式的常规排放物NOx、THC和CO以及非常规排放物一甲醛尾气排放特性.结果表明:采用DMCC燃烧方式,可以减少NOx排放,并且随着甲醇替代比率的增加, NOx进一步减少;与原机相比,采用DMCC模式THC和CO排放明显增加,加装催化转化器后,有不同程度的降低,在高负荷时催化转化器的转化效率比较高,为85%～92%,催化后两者排放接近原机水平;甲醛排放比原机时增加几十倍,催化转化器可以降低甲醛排放,但也会增加甲醛排放,其效果与排气温度密切相关.在排气温度较高时,催化转化器对THC、CO,甲醛均有较好的转化效果.     

发动机采用柴油／甲醇组合燃烧的性能研究

分别在增压和自然吸气式高速直喷柴油机上采用柴油/甲醇组合燃烧方式进行研究.试验结果表明,采用组合燃烧后发动机和纯柴油燃烧发动机相比,尾气中NOx和碳烟排放显著减少,消耗燃料的比能耗降低,组合燃烧用燃料的使用经济性优予原机;仅未燃碳氢和一氧化碳较原机有所增加,但是由于排气温度高于催化转换器起燃温度,可以通过催化转换器将其转化.     

柴油/甲醇组合燃烧特性及道路试验研究

在一台单缸增压中冷试验发动机上,研究了高转速下柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)模式的缸内燃烧特性,结果表明DMCC模式具有预混燃烧比例成倍增加,燃烧持续时间大大缩短的特点;另外,DMCC模式的放热中心时刻提前,排气温度降低,热效率相比纯柴油模式得到大比例提高。在一辆重型卡车上进行了DMCC模式的道路试验,发现DMCC模式甲醇对柴油的替代率达到了28.28%,替换比仅为1.36,百公里平均燃料效率提高了11.15%。     

铈基催化剂催化氧化燃煤烟气中汞的实验及机理研究

采用超声波增强的浸渍法合成了CeO₂-TiO₂催化剂,并采用BET,XRD,XPS等分析手段对催化剂进行了表征。利用固定床反应器,在模拟燃煤烟气条件下研究了CeO₂-TiO₂催化剂对单质汞的催化氧化行为及机理。结果表明:CeO₂-TiO₂催化剂在低温范围（150～250°）具有很强的催化氧化汞的能力;最佳的CeO₂/TiO₂质量比在1.5左右,此时汞的氧化效率可高达90%以上;P25,Evonik TiO₂比锐钛矿TiO₂更适合做铈基催化剂载体;CeO₂-TiO₂催化剂上汞的催化氧化符合Langmuir-Hinshelwood机理,即吸附态的汞与其邻近的活性物质反应生成氧化态汞。     

压缩比对双燃料燃烧全工况特性影响试验研究

在产品级重型多缸机上对三种不同压缩比条件下的汽柴油双燃料燃烧在全工况平面内进行了优化,重点分析了压缩比对双燃料燃烧全工况范围内燃烧和排放特性的影响,提出了双燃料燃烧在全工况范围内应用的高效清洁燃烧控制策略,并研究了柴油氧化催化器(DOC)对THC和CO排放的净化效果。结果表明:小负荷采用活性控制压燃(RCCI)燃烧模式,中高负荷采用均质混合气引燃(HCII)燃烧模式能够实现汽柴油双燃料全工况范围内的高效清洁燃烧。降低压缩比能够有效拓展中高负荷的最高汽油比例,获得更低的NO_x和Soot排放。使用DOC能够有效净化双燃料燃烧各个工况的THC和CO排放。通过使用上述高效清洁燃烧控制策略以及简单后处理装置DOC,汽柴油双燃料燃烧的NO_x、Soot、THC和CO四项排放物在欧洲稳态循环(ESC)测试中的综合比排放均能满足国5法规,而且综合比油耗与原机纯柴油模式处于同一水平。     

原位低场核磁共振弛豫法定量监测光催化Cr(Ⅵ)还原反应

本文利用原位低场核磁共振（LF-NMR）技术在真实固液反应环境中对光催化还原Cr（Ⅵ）反应进行了定量研究,并对Ag纳米颗粒负载量不同的Ag担载石墨相氮化碳复合光催化剂（Ag/g-C₃N₄）在可见光照射下催化Cr（Ⅵ）还原为Cr（Ⅲ）的性能进行了研究.研究发现,Ag纳米颗粒负载（负载量分别为1 wt.%、2 wt.%、5 wt.%和10 wt.%）可以有效提高g-C₃N₄的光催化性能;且负载量为5 wt.%时光催化性能最优,为无Ag负载的g-C₃N₄的4倍.此外,本文还通过横向弛豫时间（T₂）定量分析了反应体系中顺磁性Cr（Ⅲ）离子的浓度,证实了采用LF-NMR弛豫法评价光催化Cr（Ⅵ）还原反应性能的可行性.     

基于TDLAS直接检测法的柴油机NOx排放在线测试

NO_x是柴油机排放污染物中对生态环境危害最为严重的组分。随着全球环境污染问题的日益严重,柴油机NO_x排放问题受到了广泛的关注。各种排放法规相继出台,一方面对柴油机NO_x排放量提出新的要求,另一方面对测试方法也提出了更高的要求。现有测试方法多为采样分析法,采样周期较长,无法实现污染物排放的实时在线测量,柴油机污染物排放的实时在线测量不仅有利于监管,同时可为优化柴油机的燃烧过程、优化控制策略提供数据支持。光学检测技术作为一种新型的检测方法,其中的可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)因其实验原理简单、响应速度快,在其他领域得到了广泛使用。为验证该方法在柴油机NO_x排放检测中的可行性,实验小组开展基于TDLAS的柴油机NO_x排放实时在线测量研究,针对NO_x的主要成分,利用调谐波长为5 262~5 265和6 138~6 142 nm的带间级联激光器(interband cascade lasers, ICL)分别作为检测NO、NO₂的探测光源,Thorlabs PDA10JT型热式探测器用来对信号光进行采集。采用直接探测方式在D4114B型柴油机上开展实验研究,并将测试结果与AVL排放分析仪进行对比,其测量偏差小于5%,另外,实验小组利用TDLAS技术的高时间分辨率,对柴油机的变工况过程进行NO_x瞬态排放测量,得到合理的NO_x排放变化结果。因此,采用TDLAS技术对研究柴油机瞬态排放特性具有重要的意义。     

基于车载多轴差分吸收光谱技术对城市NO2污染分布和排放评估研究

二氧化氮（NO₂）在大气光化学中发挥着重要作用,不仅参与了对流层臭氧（O₃）的催化生成,同时也能促进生成二次气溶胶。NO₂作为交通运输和工业过程中的重要排放产物,通常也被视为一种评估人为污染源排放的指示物,因此,开展城市NO₂分布与排放研究对于城市大气污染管控与治理具有重要意义。2018年1月和2月期间,基于车载多轴差分吸收光谱技术（MAX-DOAS）对衡水市区开展了4次走航观测实验,获取了衡水市区环城路上对流层NO₂垂直柱浓度（VCD）的空间分布,其浓度范围为0.89×1015~56.33×1015 molecule·cm-2,均值在22.42×1015~30.20×1015 molecule·cm-2。观测结果表明衡水市NO₂污染源主要分布在城外东南方向的工业聚集区,以及市区环城路东部的立交桥路段;而城市西部和北部则较为干净,当风场来自该区域会对污染源区起到一定的清洁作用,可使源区NO₂浓度降低20%以上。航测期间进行了站点对比观测,综合两者的观测结果评估了衡水市东部污染区域的相对贡献,其NO₂含量比西部洁净区域高出了30.1%~61.9%、贡献值高7.89×1015~13.32×1015 molecule·cm-2。将NO₂城市分布与WRF模式模拟的气象数据相结合,可计算出目标区域的NO₂本地排放通量为0.86×1024 molecule·s-1,该结果相对较低,一方面说明衡水市区相对于其他研究区域,其NO₂污染源并非在集中在市区内部;另一方面是因为本次实验研究区域的面积仅有50 km2,远小于其他研究的城市区域范围。对于实验测得的衡水市区输出总通量,其中96.16%来源于外部传输,3.84%为本地排放造成,进一步证明了衡水市NO₂主要污染源位于城外。通过实验期间衡水市区的后向轨迹气团与OMI卫星的NO₂平均结果可看出,衡水市除城市东部和东南部的本地污染源外,也受到了北部的保定、廊坊和西北部的石家庄等地的污染传输影响。总体来看,车载多轴差分吸收光谱技术对于城市NO₂等污染气体的源区确认、污染贡献评估和排放通量计算方面有较出色的应用前景。     

船用氨燃料低速机缸内燃烧的数值模拟研究

针对一台520 mm缸径船用低速机进行三维全尺寸模拟，对比分析了氨/柴油两种运行模式不同喷油器方案对发动机燃烧排放的影响。结果表明：在爆发压力限值内，采用合适的氨燃料喷射策略可以实现同工况下与柴油机相当的功率水平；采用“2+2”喷油器方案对柴油模式的燃烧过程影响显著，功率相比原机有下降(<10%)；当前“2+2”喷油器方案下，各负荷氨气模式可以达到原机柴油模式功率水平，但NO_x排放与气耗均略高于“3+3”模式。     

Cu掺杂纳米TiO2光催化还原CO2实验研究

利用溶胶凝胶法制备不同掺杂量的CuO-TiO₂纳米粉体,采用热重差热分析仪（TG-DTA）,X射线衍射仪（XRD）,场发射扫描电镜（FSEM-EDX）等手段对其进行表征;在波长为253.7nm的紫外灯照射下,进行CO₂光催化还原实验研究,探究CO₂光催化资源化利用可行性,。结果表明,溶胶凝胶法制备所得CuO掺杂TiO₂纳米粉体,粒径大小在20～30 nm之间;CO₂光催化还原主要产物为甲醇,掺杂量为5%（质量分数）CnO-TiO₂纳米粉体催化效果最好,反应10 h后得到甲醇产量为27mg·（g-cata）^-1;随着反应时间的增加,产物中甲醇含量也逐渐增加。     

基于DMCC发动机台架的甲醇-SCR催化还原NO_x的研究

为了验证合成气台架上组合式催化剂((Co-Mo)/Al2O3)优异的选择催化甲醇还原NO的性能,试验在一台由增压中冷,废气再循环的电控单体泵柴油机改造的DMCC发动机上实施。结果表明:提高甲醇喷射量和EGR率,推迟柴油喷射时刻均会改善甲醇-SCR的催化效率。甲醇最优喷射量受到HC减活化作用和HC完全氧化反应的控制。各工况下甲醇-SCR对PM排放的影响较小。DMCC发动机耦合甲醇-SCR系统可以实现NOx的超低排放。A25、A75和B75工况点下的NOx体积分数的最低值分别为64×10^-6、66×10^-6和47×10^-6。     

生物柴油发动机非常规排放的FTIR检测

采用傅里叶变换红外光谱FTIR,研究了汽车发动机燃用生物柴油的非常规排放物。所用燃料分别为纯柴油、纯生物柴油、生物柴油掺混比为20%的B20混合燃料。结果表明,该机燃用纯柴油和B20燃油的甲醛排放差别不大,纯生物柴油的甲醛排放则明显高于柴油。燃用B20燃油的乙醛排放略低于纯柴油;纯生物柴油的乙醛排放在中低负荷低于纯柴油,在高负荷时高于柴油及B20燃油。燃用B20燃油和纯生物柴油的丙酮排放要高于柴油,但排放量均较低。随着生物柴油掺混比例的增加,发动机甲苯和二氧化硫均呈逐渐下降趋势,纯生物柴油的二氧化硫排放大幅降低。燃用生物柴油后,发动机的二氧化碳排放有所降低,表明了生物柴油有利于温室气体的控制。     

高原环境压缩比及EGR耦合LIVC对柴油机性能影响

本文基于某两级增压柴油机,建立一维热力学模型,研究高原环境压缩比、EGR耦合LIVC对柴油机性能和NO_x排放的影响。结果表明:同压缩比,4 km海拔,随晚关角度增大,热效率及扭矩增大,NO_x排放大幅降低;在相同晚关角度下,随压缩比增大,热效率及扭矩增大,NO_x排放略有增加。高压缩比,引入EGR率相同且小于15%时,增大晚关角度使扭矩、热效率增大,BFSC与NO_x排放降低;引入EGR率相同且大于15%时,增大晚关角度导致扭矩、热效率降低;当NO_x原始排放较高时(大于2.0 g·kW^-1·h^-1,国V法规ESC限值),随晚关角度增大,等NO_x条件下BSFC降低,采用LIVC策略有利于改善NO_x-BSFC之间的trade-off关系;但随NO_x的进一步降低(尤其小于0.4 g·kW^-1·h^-1,国Ⅵ法规WHSC限值),采用LIVC策略会导致NO_x-BSFC之间的Trade-off关系显著变差。     

利用可调谐激光吸收光谱技术的柴油机排放温度测试研究

针对D4114B型柴油机排放尾气中的CO2气体开展测量研究,计算分析气体的体积分数以及温度。文中以可调谐半导体激光器吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)技术原理为基础,利用MATLAB中SIMULINK库中的各个模块,模拟尾气测量的实际过程。仿真结果显示,在模拟柴油机排放环境下,待测量气体CO2的温度仿真相对误差为0.03%。利用船用D4114B型柴油机进行验证实验,在其排气管上增添可视化窗口并安装相应测试系统,利用以半导体为工作介质的可调谐激光器作为激光光源,开展尾气排放中CO2气体温度的在线测试研究,测试相对误差小于4%。由上述研究结果可知,本文中利用SIMULINK搭建的模型所测得的温度值与实际柴油机尾气排放过程中的温度相差较小,因此,其仿真结果能够对柴油机排气测温提供一定的参考。     

铋离子掺杂RO-Al2O3-SiO2玻璃近红外超宽带发光性质

研究了碱土金属氧化物对Bi离子掺杂RO-Al₂O₃-SiO₂ (R=Ca, Sr, Ba)玻璃近红外超宽带发光性质的影响. 结果表明: 玻璃样品在不同抽运源激发下都可检测到较强的近红外超宽带发光. 在808 nm激光激发下, 随着碱土金属离子半径的增加, Bi离子在1 300 nm附近的近红外发光强度显著增加, 荧光半高宽逐渐增加, 其荧光寿命最长可超过600 μms; 而在690 nm激光激发下, 随着碱土金属离子半径的增加, Bi离子在1 100 nm附近的近红外发光呈减弱趋势, 荧光半高宽逐渐增大, 半高宽最大可超过400 nm. 近红外发光可能源于两种不同形式铋的发光中心. 针对上述结果探讨了该玻璃体系中Bi离子近红外发光的机理.     

Effect of ultrasonic irradiation on the properties and performance of biodiesel produced from date seed oil used in the diesel engine

In the present study, the effect of ultrasound irradiation on the transesterification parameters, biodiesel properties, and its combustion profiles in the diesel engine was investigated. Moreover, date seed oil (DSO) was firstly utilized in the ultrasound-assisted transesterification reaction. DSO was extracted from Zahidi type date (Phoenix dactylifera) and was esterified to reduce its Free Fatty Acid (FFA) content. Biodiesel yield was optimized in both heating methods, so that the yield of 96.4% (containing 93.5% ester) at 60 °C, with 6 M ratio of methanol/oil, 1 wt% of catalyst (NaOH) and at 90 min of reaction time was reported. The ultrasound irradiation did not influence the reaction conditions except reaction time, reduced to 5 min (96.9% yield and 91.9% ester). The ultrasonic irradiation also influenced on the physicochemical properties of DSO biodiesel and improved its combustion in the diesel engine. The analysis results related to the engine and gas emission confirmed that the ultrasound-assisted produced biodiesel has lower density and viscosity, and higher oxygen content facilitating injection of fuel in the engine chamber and its combustion, respectively. Although, B40 (biodiesel blend consisting of 40% biodiesel and 60% net diesel fuel) as a blend of both fuels presented higher CO₂ and lower CO and HC in the emissions, the DSO biodiesel produced by ultrasound irradiation presented better specifications (caused about 2-fold improvement in emissions than that of conventional method). The findings of the study confirmed the positive effect of the ultrasound irradiation on the properties of the produced biodiesel along with its combustion properties in the diesel engine, consequently reducing air pollution problems.