典型后处理器对柴油机颗粒物微观物理化学特性的影响-动力机械及工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 摘要 柴油机排放颗粒物是大气中细颗粒物（PM2.5）的主要来源之一，其生成机 理和控制技术已成为相关领域的研究热点。本文开展不同工况下典型柴油机后 处理器（DOC-diesel oxidation catalyst，POC-particle oxidation catalyst）对排放 颗粒物粒径分布、微观物理化学特性及氧化活性影响规律及其内在联系的系统 研究。研究结果对深入认识颗粒物的本质、揭示颗粒物形成和演化机理，指导 颗粒物净化技术的应用，具有重要的理论参考价值。 本文主要从可溶性有机物（SOF-soluble organic fractions)的百分含量、颗粒 物的粒径分布、颗粒物表面的官能团种类和相对含量，以及颗粒物微观结构的 有序度等颗粒物氧化活性影响因素的演化规律入手分析典型后处理器对颗粒物 氧化特性的影响规律。为避免发动机瞬变运行状态使研究工作复杂化，本文选 取了不同的稳态工况进行研究，并在各个工况下分别在 DOC 前、DOC 后和 POC 后进行采样。在样品的分析、表征方面，分别采用索氏萃取法和微量电子天平、 发动机废气排放颗粒物粒径谱仪、傅立叶变换红外光谱仪以及显微拉曼光谱仪 等评价颗粒物微观物理化学特性的演化规律，最后采用同步热分析仪来表征颗 粒物的氧化特性。 通过以上的实验及分析，得到的结果如下：从较为宏观的方面，DOC 对于 颗粒物中的可溶性有机物具有净化作用，多数工况下，DOC 对排放颗粒物的总 粒数浓度和粒径分布影响不大；小负荷或/和低转速工况时，POC 可进一步减少 颗粒物中的 SOF 含量，而在大负荷和/或高转速工况时，POC 会增加核态颗粒 物的生成量，从而导致颗粒物中 SOF 含量上升。微观理化特性方面，经 DOC 处理后，颗粒物表面碳氢官能团相对于碳氧官能明显减少，颗粒物表面含 C=O/C-O 结构的官能团相对含量比例锐减；颗粒物结构有序度变化不大，但一 些无序石墨烯晶体或非碳碳结合晶体的数量有所增加。经 POC 处理后，颗粒物 表面甲基/亚甲基相对含量比例有所增加，颗粒物结构有序度明显下降，颗粒物 中有机分子、片层结构、官能团等无定形碳以及无序石墨烯晶体数量显著增加。 热重分析的结果显示小负荷或/和低转速工况下，经 DOC 和 POC 处理后，颗粒 物的氧化反应起燃温度和活化能明显下降。而在转速和负荷较大工况点，经 DOC 处理后，颗粒物氧化反应起燃温度和活化能则有所上升，再经过 POC 处 理后，上述起燃温度和活化能又有所下降，但这些工况下经 POC 处理后的颗粒 物氧化反应活化能均高于未经 POC 处理的原始颗粒物的氧化反应活化能。 关键词：柴油机，颗粒物，后处理器，官能团，微观物理结构，氧化活性 i Abstract Diesel exhaust particulate matter is one of the main sources of fine particulate matter (PM2.5) in the atmosphere, and its formation mechanism and control technology have become research focuses. The present study offers an opportunity to systematically understand the effects of typical diesel after-treatment devices (DOC-diesel oxidation catalyst，POC-particle oxidation catalyst) on particle size distribution, microscopic physic-chemical properties, oxidation activity of the diesel particles, and the relations among them under various operating conditions. The results have important theoretical significance to understand the nature as well as formation and evolution mechanism of particulate matter, and potential practical value to guide the purification technology applications. In orde