不同环境氧浓度下聚甲氧基二甲醚（PODE）喷雾燃烧的羟基光谱分布及其反演重构研究

聚甲氧基二甲醚（PODE）是一种有潜力的柴油替代燃料，目前针对PODE的研究更多集中在发动机台架试验，相应的基础喷雾燃烧研究较少，制约了其在动力装置中高效清洁燃烧性能的提升。羟基（OH）性质活泼，大量存在的区域通常认为是高温反应区域。利用羟基光谱可以获得火焰结构、燃烧反应位置以及热释放速率等重要参数。环境氧浓度对火焰结构有很大影响，也是控制燃烧反应速率和污染物排放的重要参数。因此，在一台光学定容燃烧弹上，首先利用羟基的自发光光谱测量，研究了宽环境氧浓度变化（15%～80%）对PODE喷雾火焰浮起长度的影响，进一步利用阿贝尔逆变换方法将羟基自发光光谱强度由积分值反演为点位值，研究了富氧条件下（40%～80%）氧浓度变化对PODE喷雾羟基分布的影响。研究结果表明：环境氧浓度由15%增至40%，PODE火焰浮起长度迅速缩短；氧浓度进一步增加至80%，火焰浮起长度下降趋势逐渐变缓，直至基本不变；相同氧气浓度下PODE火焰浮起长度明显小于柴油。反演后的羟基光谱分布特征表面，富氧条件下PODE羟基光谱的高光强区域主要集中于喷雾边缘扩散火焰薄层中，同时，局部温度的显著提升使得羟基光谱强度在预混反应区下游附近达到最大；羟基光谱高光强区域随氧气浓度增加逐渐向火焰中上游区域迁移，并且其分布表现为轴向上更短，径向上更窄；在火焰达到准稳态时，相较40%氧气浓度条件，60%和80%氧气浓度下的羟基光谱强度在火焰中下游明显减弱，表明高的环境氧浓度下喷雾上游的燃油高浓度区域更快的参与到剧烈的燃烧反应中。     

等离子体法由二甲醚合成柴油添加剂

二甲氧基乙烷;制备;等离子体法由二甲醚合成柴油添加剂     

低温燃料化学特性对湍流预混火焰传播的影响

大分子碳氢燃料的低温化学反应及两阶段点火特性会显著影响火焰的分区及燃烧情况。本文采用数值模拟的方法探究了正庚烷/空气预混混合气在RATS燃具上的湍流火焰传播,与试验结果具有一致性。模拟使用的是44种物质,112步的正庚烷简化动力学机理。使用Open FOAM的reacting Foam求解器建立了简化模拟流道及出口的三维模型,模拟了在大气环境下,初始反应温度450–700 K、入口速度6 m·s~(-1)与10 m·s~(-1)、焰前流动滞留时间100 ms及60 ms、当量比φ=0.6的正庚烷/空气混合气湍流火焰燃烧情况。结果发现,标准化湍流燃烧速度与混合气初始温度以及流动滞留时间有关。在低温点火阶段,正庚烷氧化程度受到初始温度与速度的影响,燃料分解并在预热区中产生大量中间物质如CH_2O,继而会影响湍流火焰燃烧速度。随着初始反应温度的升高,湍流燃烧火焰逐渐由化学反应冻结区过渡到低温点火区;温度超过一定数值后,燃料不再发生低温反应,此时燃烧位于高温点火区域。     

掺混含氧燃料的柴油替代物部分预混火焰中多环芳香烃的荧光光谱和碳烟浓度

为研究不同含氧燃料与柴油掺混后碳烟降低机理,本文在自行设计的燃烧器上构建部分预混层流火焰,采用甲苯和正庚烷混合物(T20,20%(体积分数)甲苯、80%正庚烷)作为柴油替代物,并分别添加甲醇、乙醇、正丁醇、丁酸甲酯和2,5-二甲基呋喃(DMF),且保证混合燃料的含氧量均为4%。进而应用激光诱导荧光法和激光诱导炽光法分别测量不同混合燃料的火焰中多环芳香烃(PAHs)的荧光光谱和碳烟浓度。结果表明：通过PAHs的荧光光谱可测量不同燃料火焰中PAHs的生成和增长历程。四环芳香烃(A4)的生成氧化规律和碳烟基本一致,说明通过分析A4变化可以预测碳烟变化。添加含氧燃料后, T20燃料中甲苯含量降低是导致PAHs的荧光光谱强度降低和碳烟生成量减少的主要原因;同时不同含氧燃料本身对多环芳香烃的生成贡献能力也是影响PAHs的荧光强度和碳烟生成的重要原因。含氧量相当时,掺混正丁醇后PAHs的荧光光谱强度和碳烟浓度比添加甲醇、乙醇、丁酸甲酯和DMF这四种含氧燃料的更低。因此从含氧燃料结构来讲,正丁醇掺混入T20燃料中降低PAHs和碳烟作用最显著。     

直喷式柴油机有害排放物生成的数学模型

本文提出了一个新的包括计算碳烟和NO_x生成历程及排放浓度的准维多区燃烧模型.该模型以二维气相喷注计算为基础,考虑到中小缸径直喷式柴油机的特点,推导了壁面喷注过程空气卷吸率方程;改进了喷雾区和空气区散热量的计算公式;建立了柴油机碳烟生成与氧化子模型.模型计算结果与实际柴油机实验结果相当吻合,对发动机变工况、变参数具有较好的适应能力.     

多次喷射对重型柴油机影响的试验研究

本文在一台电控共轨柴油机上进行了多次喷射及多次喷射和EGR结合对重型柴油机影响的试验研究。EGR为基于VGT的高压冷却EGR系统。研究了不同喷射策略下喷射参数对柴油机性能和排放的影响。研究了EGR和多次喷射结合降低柴油机排放的效果;通过调整EGR率,将NO_x控制在2.0 g/(kW·h),研究喷射参数和EGR对柴油机的影响。研究结果表明,预喷射可以在小负荷时改善柴油机的NO_x、CO和比油耗,但在大负荷时没有明显的影响;两次预喷射可以促进油气混合;后喷射可以促进油气混合,提高碳烟的氧化速度,因而可以明显改善柴油机的烟度和CO;优化的喷射参数结合EGR可以显著降低NO_x和烟度。     

不同环数芳香烃激光诱导荧光光谱研究

为了更好地区分测量小分子芳香烃,利用一台Nd∶YAG激光器提供能量为0.085J·cm-2、波长为266nm的入射光。针对苯、甲苯、萘、菲、蒽、芘和屈不同环数的芳香烃,使用激光诱导荧光法研究了单一芳香烃及不同芳香烃混合物的荧光光谱。结果表明,芳香烃的苯环数是荧光发射光谱的主要决定因素;相同苯环数不同结构的芳香烃对荧光光谱范围基本没有影响;由于266nm波长的吸收效率差异,导致相同环数的芳香烃的荧光光强存在差异;而且吸收效率相近且浓度相同时,环数越大,荧光光强越强。随着芳香烃环数的增加,荧光光谱波段和峰值都出现从紫外波段向可见光波段红移的现象,同时吸收效率相近时,荧光光谱范围变宽;一环至四环芳香烃的较好的荧光光谱区分范围分别为275~320,320~375,375~425和425~556nm。针对不同芳香烃混合物研究表明,由于辐射能量传递机制导致混合物中有3环或4环芳香烃存在时,紫外波段的光被损失,所以1环或2环芳香烃混入混合物后,混合物中的1环或2环荧光光谱不能被检测到,但荧光光谱强度增大;当混合物中只包含3环和4环芳香烃时,荧光发射光谱具有两种芳香烃的特点;当混合物中存在3环和4环芳香烃时,荧光发射光谱和各自的浓度相关,从而可以一定程度区分不同环数物质。