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柴油机燃烧过程中颗粒物表面官能团变化规律的研究

作　者: 张东明
导　师: 宋崇林
学　校: 天津大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 全气缸取样 颗粒物 表面官能团 傅立叶红外光谱 X射线光电子能谱
分类号: TK427
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


随着法规对现代柴油机排气颗粒物的限制越来越严格,如何从根本上降低其排放,就显得尤为重要。为了进一步弄清微粒物氧化特性的影响因素,本文以全气缸采样系统为平台,对四个不同工况、不同燃烧阶段下的柴油机颗粒物表面官能团进行研究,主要研究内容如下:1、对前期搭建的全气缸采样系统的转速控制和电子控制进行优化,稳定了转速,隔离强弱电,屏蔽了干扰。2、采用Nexus470型傅立叶变换红外光谱仪,针对不同工况条件下、燃烧各个阶段的颗粒物表面碳氢键（C-H键）摩尔浓度的变化情况进行了研究,并用归一化的C-H键峰高值(IC-H/IC=C)表征其浓度。测量结果表明,各个工况下不同燃烧阶段颗粒物表面C-H键的摩尔浓度并不相同。其浓度随燃烧的进行逐渐下降,并且表现出在急燃期快速降低,缓燃期和后燃期变化较小的趋势。前期的变化主要与各个工况的燃烧状况相关,而后期主要与石墨化进程相关。归一化的峰值(IC-H/IC=C)最大达到5.313,最小达到0.199。3、运用X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy, XPS）技术,针对柴油机排气颗粒物在不同工况、不同燃烧阶段的表面含氧官能团（碳氧单键C-O和碳氧双键C=O）进行了研究,以官能团的归一化百分含量为评价指标对官能团的变化进行分析。研究结果发现,总碳氧键含量表现出双峰状,即在急燃期末和后燃期末出现峰值,在选定的工况内峰值为11.45 % 22.37%。研究还发现,这种双峰状的表现主要受C-O键的影响较大,而C=O键在整个燃烧过程中变化平缓,影响较小。通过进一步计算,得到氧、碳元素的物质量之比的变化趋势,基本与总碳氧键的相似。在整个燃烧过程中,C=O键和C-O键的比值在缓燃期初始阶段达到最大值,随后降低,在图像上表现出单峰状。在全部试验工况条件下,C=O键和C-O键的峰值比的范围从0.596到0.897,因此,C-O键一直占多数,影响颗粒物的化学性质。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-22
  1.1 前言  8-10
  1.2 可吸入颗粒物的物理化学特性  10-15
  1.3 国内外的研究现状  15-21
    1.3.1 柴油机颗粒物的物理化学特性  15-17
    1.3.2 红外光谱和X射线光电子能谱应用在颗粒物官能团的研究现状  17-19
    1.3.3 柴油机缸内取样技术介绍  19-21
  1.4 本文的研究内容及意义  21-22
第二章 颗粒物取样平台及分析方法  22-35
  2.1 全气缸取样系统  22-28
    2.1.1 发动机参数及实验工况  23-24
    2.1.2 单缸进气系统介绍  24-25
    2.1.3 取样执行机构  25-27
    2.1.4 取样方法及取样时刻  27-28
  2.2 红外光谱  28-31
    2.2.1 红外光谱原理  28-29
    2.2.2 红外光谱仪简介  29-31
  2.3 X射线光电子能谱  31-33
    2.3.1 X射线光电子能谱原理  31-32
    2.3.2 X射线光电子能谱仪简介  32-33
  2.4 本章小结  33-35
第三章 颗粒物表面官能团的红外光谱法研究  35-47
  3.1 红外光谱分析方法  35-38
    3.1.1 红外光谱的定性分析  35-36
    3.1.2 红外光谱的定量原理和方法  36
    3.1.3 吸光度的测定方法  36-37
    3.1.4 红外定量分析方法的简介  37-38
  3.2 样品的处理与一致性实验  38-42
    3.2.1 样品处理方法  38-39
    3.2.2 一致性实验  39-42
  3.3 实验结果与分析  42-45
  3.4 本章小结  45-47
第四章 颗粒物表面官能团的X射线光电子能谱法研究  47-60
  4.1 X射线光电子能谱分析方法  47-51
    4.1.1 X射线光电子能谱的定性分析  48-49
    4.1.2 表面元素的半定量分析  49-50
    4.1.3 表面元素的化学价态分析  50-51
  4.2 实验的准备  51-55
    4.2.1 XPS制样方法  51
    4.2.2 空白滤纸谱图及可重复性实验  51-55
  4.3 实验结果及分析  55-59
    4.3.1 碳氧键随燃烧进程的变化情况  55-58
    4.3.2 碳氧单键与碳氧双键比值随燃烧进行的变化规律  58-59
  4.4 本章小结  59-60
第五章 全文总结与工作展望  60-62
  5.1 全文总结  60-61
  5.2 工作展望  61-62
参考文献  62-67
发表论文和科研情况说明  67-68
致谢  68

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 柴油机 > 运行、试验
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