廢氣再循環(huán)對柴油機顆粒結(jié)構(gòu)特征與氧化活性的影響

柴油機熱效率高、經(jīng)濟性好,在動力機械領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用

。廢氣再循環(huán)(EGR)技術(shù)可以通過降低缸內(nèi)溫度,有效降低柴油機NO

排放,該技術(shù)的應(yīng)用對顆粒形成會產(chǎn)生較大的影響

。燃料的不同改變了缸內(nèi)的燃燒過程,也會影響顆粒成核,表面生長、凝并、團聚等形成過程,導(dǎo)致柴油機排氣顆粒的結(jié)構(gòu)特征和氧化特性發(fā)生變化,從而影響顆粒捕集器(DPF)的再生性能與捕集效率

。有必要對柴油機采用廢氣再循環(huán)技術(shù)和不同替代燃料時顆粒物的結(jié)構(gòu)特征和氧化活性開展進一步的研究。

F-T柴油是煤炭通過費托合成法間接液化合成的碳氫燃料,十六烷值高,幾乎不含硫和芳香烴

,使用時可有效降低柴油機顆粒物和NO

排放

。生物柴油是一種含氧的可再生燃料,可以促進燃燒反應(yīng),減少大部分的顆粒物排放

,它們均可在不改裝柴油機的情況下直接使用,是較為理想的柴油機替代燃料。

針對使用EGR技術(shù)時柴油機顆粒物結(jié)構(gòu)特征的變化規(guī)律,Labecki等

研究認為EGR技術(shù)的使用促進了顆粒的凝并,使得柴油機排氣顆粒粒徑增大。Sun等

分析得到隨著廢氣質(zhì)量分數(shù)的增大,降低了缸內(nèi)混合氣中的氧質(zhì)量濃度和最高燃燒溫度,不利于顆粒的氧化,顆粒數(shù)量和尺寸均增加。Teini等

提出柴油機廢氣中的CO

促進了顆粒前驅(qū)體乙炔(C

H

)的生成與環(huán)化反應(yīng)速率,有助于顆粒物的形成。圍繞不同燃料對顆粒物結(jié)構(gòu)特征與氧化活性的影響,Zhang等

研究表明,與柴油相比,F-T柴油燃燒顆粒的尺寸更小,鏈狀團聚體數(shù)量更多,碳層結(jié)構(gòu)有序化程度更高。Man等

認為由于生物柴油中含氧,改善了燃燒,柴油機燃用生物柴油時的排氣顆粒粒徑比柴油小。Wang等

采用透射電鏡(TEM)對柴油與2,5-二甲基呋喃混合燃料燃燒顆粒的結(jié)構(gòu)進行了分析,研究結(jié)果表明,隨著2,5-二甲基呋喃摻混比的增加,顆粒的石墨化程度越低,微晶尺寸越小,微晶曲率越大,微觀結(jié)構(gòu)更加無序。Verma等

探討了混合燃料含氧量對燃燒顆粒形貌和納米結(jié)構(gòu)的影響,結(jié)果表明,隨著燃料含氧量的升高,燃燒顆粒的分形維數(shù)增加,顆粒團聚體的團聚程度降低。郭富男等

研究認為,柴油中添加芳香烴會使得顆粒物氧化活性提高,且單環(huán)芳香烴比多環(huán)芳香烴的效果更顯著。Wang等

研究認為,柴油中添加正戊醇后,柴油機排氣顆粒物微晶的電子軌道分布更加無序,顆粒物納米結(jié)構(gòu)的石墨化程度降低。Qian等

對比得到,二甲基甲烷/柴油混合燃料燃燒顆粒的氧化活性隨著二甲基甲烷比例的升高而升高,且粒徑和層面間距較小、微晶尺寸較大的顆粒氧化活性更高。Wei等

分析得到,碳酸二甲酯的添加使得柴油機顆粒物基本粒子的微晶尺寸較短,層面間距和微晶曲率增大,顆粒的氧化反應(yīng)活性升高。

但現(xiàn)在，我發(fā)現(xiàn)我錯了，卻不知錯在哪里。錯在我當(dāng)初的選擇嗎？錯在我沒有教學(xué)能力嗎？錯在我的教學(xué)水平越來越低嗎？

燃燒環(huán)境和燃料性質(zhì)對顆粒物的形成影響很大,目前,針對同時采用EGR技術(shù)和不同燃料時柴油機排氣顆粒物的結(jié)構(gòu)特征和氧化活性的變化規(guī)律研究較少。本文選擇F-T柴油、生物柴油和柴油3種燃料,當(dāng)柴油機在3 000 r/min、75%負荷工況運行時,分別采集了0%、15%和30%廢氣質(zhì)量分數(shù)的各燃料的燃燒顆粒物,運用粒徑譜儀(EEPS)、透射電鏡對顆粒物的粒徑、分形維數(shù)、納米結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)特征參數(shù)進行分析,運用熱重分析儀(TGA)對顆粒物的組分、氧化特征溫度、活化能等氧化特性進行探討。

1 試驗方案與評價指標

1.1 試驗方案

表5是不同廢氣質(zhì)量分數(shù)時各燃料燃燒顆粒物的平均粒徑,可以看出,顆粒的平均粒徑范圍是75～90 nm。燃用同種燃料時,隨著廢氣質(zhì)量分數(shù)的升高,顆粒平均粒徑升高。與B-EGR0%相比,B-EGR15%和B-EGR30%的平均粒徑分別升高了7.6%和14.0%。

7.專家訪談。教師播放與企業(yè)客服經(jīng)理的訪談視頻，由企業(yè)管理人員講授企業(yè)實際工作中處理客戶投訴的正確方法。學(xué)生觀看并通過“雨課堂”發(fā)送彈幕的形式來發(fā)表自己的看法。設(shè)計意圖是從企業(yè)管理者的角度談?wù)搶嶋H工作中處理投訴的技巧，更具有權(quán)威性；通過觀看企業(yè)專家采訪視頻的方式，加強學(xué)生對于企業(yè)實際工作中處理客戶投訴的正確方法的認知，為今后的實習(xí)和就業(yè)做好充分的思想準備；同時學(xué)生通過發(fā)送“雨課堂”彈幕的形式可以暢所欲言，提高與教師課堂交流的效率。

從表1可以看出,3種燃料中F-T柴油的十六烷值和低熱值最高,密度、運動黏度和餾程95%的鎦出溫度最低,硫的質(zhì)量分數(shù)和多環(huán)芳香烴的體積分數(shù)最低;生物柴油的十六烷值與柴油相近,密度和運動黏度比柴油高,低熱值、硫的質(zhì)量分數(shù)和芳香烴的體積分數(shù)比柴油略低,氧的摩爾分數(shù)達10.9%。試驗采用了一臺型號為186FA的直列式單缸四沖程柴油機,其主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

(1)層面間距

。圖5是不同廢氣質(zhì)量分數(shù)時各顆粒物基本粒子的平均層面間距

,當(dāng)燃用同種燃料時,隨著廢氣質(zhì)量分數(shù)的增加,顆?；玖Ｗ拥?/p>

分布范圍更廣,且逐漸向增大方向移動。D-EGR30%平均

分別比D-EGR0%和D-EGR15%增加了2.5%和1.3%。說明廢氣質(zhì)量分數(shù)的升高使得基本粒子的穩(wěn)定性變差。燃料性質(zhì)對顆?；玖Ｗ拥?/p>

也有一定影響,當(dāng)廢氣質(zhì)量分數(shù)相同時,生物柴油燃燒顆粒基本碳粒子的平均層面間距最大,其次是柴油,F-T柴油最小。在廢氣質(zhì)量分數(shù)為15%時,生物柴油燃燒顆?；玖Ｗ拥钠骄鶎用骈g距為0.358 nm,分別比柴油和F-T柴油升高了3.5%和5.3%。這是因為F-T柴油幾乎不含芳香烴,燃燒時生成顆粒前驅(qū)體的概率比其他兩種燃料小,顆粒物基本粒子的

最小;生物柴油含氧,改善了缸內(nèi)的燃燒過程,吸附在碳層表面的有機物容易被氧化,基本粒子的

最大。

其次，新教育人在積極探索閱讀理論的同時，自覺地開展了許多閱讀的實踐與行動，為推進中國的書香校園建設(shè)和書香社會的形成，做出了重要的貢獻。

試驗過程中廢氣由排氣管引出,經(jīng)調(diào)節(jié)閥進入進氣管,采用排氣分析儀測量進氣和排氣中CO

的體積分數(shù),通過調(diào)節(jié)EGR閥的開度控制進氣與排氣中CO

的體積分數(shù)的比值,由于空氣中CO

的體積分數(shù)幾乎為0,可以忽略不計。因此,穩(wěn)態(tài)工況下廢氣質(zhì)量分數(shù)的表達式為

=(

CO,in

CO,out

)×100%

(1)

式中:

CO,in

表示再循環(huán)廢氣進入進氣管后的CO

的體積分數(shù);

CO,out

表示排氣管中的CO

的體積分數(shù)。

1.2 評價參數(shù)

柴油機排氣顆粒具有復(fù)雜的不規(guī)則結(jié)構(gòu),為定量分析顆粒物的結(jié)構(gòu)特征與氧化活性,可利用以下參數(shù)對顆粒物進行評價。

(1)顆粒物結(jié)構(gòu)特征評價參數(shù)。顆粒物的粒徑分布可以反映顆粒物的聚集程度,平均粒徑越大,說明聚積態(tài)顆粒物數(shù)量越多。分形維數(shù)

通常用于表征顆粒物的結(jié)構(gòu)和幾何形狀,

越小表明顆粒的分形形態(tài)更松散或鏈狀結(jié)構(gòu)更明顯

。根據(jù)Brasil等

提出的計算方法分析得到顆粒物的

,對于包含

個基本粒子的顆粒團聚體,

的計算公式為

臨床藥師參與1例霍奇金淋巴瘤的治療及用藥分析…………………………………… 文元元，燕 丹（5·378）

(2)

在柴油機3 000 r/min、75%負荷工況下,探究了廢氣溫度為323 K,廢氣質(zhì)量分數(shù)分別為0%、15%、30%時,F-T柴油、生物柴油和柴油燃燒顆粒的結(jié)構(gòu)特征及氧化活性。依據(jù)燃料特性與廢氣質(zhì)量分數(shù)的不同,將各試驗工況和對應(yīng)工況采集的顆粒樣品分別命名為FT-EGR0%、FT-EGR15%、FT-EGR30%、B-EGR0%、B-EGR15%、B-EGR30%、D-EGR0%、D-EGR15%、D-EGR30%。

完善銀行考核激勵機制，是破解不敢貸、不愿貸的關(guān)鍵?！斑@是系統(tǒng)工程，要解決人員配置、機制保障、審批權(quán)限、產(chǎn)品創(chuàng)新等一系列制約因素?！标惢萆徑ㄗh，配備專職人員和隊伍，同時解決目前授信審批權(quán)限主要集中于省級以上機構(gòu)的現(xiàn)狀，給予基層經(jīng)營管理機構(gòu)更多權(quán)限，并做好清晰、合理的權(quán)責(zé)劃分。加強針對民營企業(yè)的金融產(chǎn)品創(chuàng)新，提高金融科技水平，特別是增強銀行除信貸以外的提供直接融資工具的能力。

(2

)=1.50±0.05

(3)

顆粒團聚體所包含的基本粒子數(shù)

可通過如下計算公式進行估算

=

(

)

(4)

式中:

為顆粒物的投影面積;

為基本粒子的平均面積。顆粒物團聚體的相關(guān)特征參數(shù)如圖2(a)所示。

顆粒物基本粒子內(nèi)部主要由長度和卷曲程度不同的微晶組成

,圖2(b)為顆粒物基本粒子的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù),其中,

為微晶碳層兩端像素點間的直線距離,層面間距

、微晶尺寸

和微晶曲率

則反映了基本粒子相鄰碳層平面之間的距離、碳層平面的范圍以及微晶的彎曲程度,這3個參數(shù)可用來表征顆粒物的納米結(jié)構(gòu)

。

的計算公式為

雖然企業(yè)本身擁有一定的資本，且政府有一定的政策資金扶持，但由于國際貿(mào)易的資金需求量大，加上區(qū)域內(nèi)企業(yè)眾多，企業(yè)要維持已有業(yè)務(wù)的運行，難以投入大量可周轉(zhuǎn)資金，企業(yè)融資困難。另一方面，地方經(jīng)濟發(fā)展也是企業(yè)融資困難的一個重要原因，洪湖市主要依靠第一產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)濟，工業(yè)發(fā)展緩慢，區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟基礎(chǔ)相對較差，金融信貸機構(gòu)發(fā)展不完善，金融服務(wù)體系滯后，可提供金融信貸服務(wù)的機構(gòu)少，而作為農(nóng)業(yè)企業(yè)，相對于其他類型企業(yè)申請貸款較為困難，因而企業(yè)難以通過銀行及其他金融信貸機構(gòu)籌集資本。

=

(5)

圖8是各顆粒物的TG-DTG曲線,EGR條件下各顆粒的TG-DTG曲線變化規(guī)律基本相似,顆粒物質(zhì)量均隨著溫度的升高呈階梯式降低,并且具有兩個質(zhì)量損失速率峰。從TG曲線可以看出,隨著廢氣質(zhì)量分數(shù)的增加,曲線逐漸向左和向下偏移,說明顆粒的氧化溫度逐漸降低,且在低溫反應(yīng)階段的質(zhì)量變化量逐漸增加,在高溫反應(yīng)階段的質(zhì)量變化量逐漸減少。這是因為廢氣的通入降低了顆粒的分形維數(shù),顆粒結(jié)構(gòu)更加松散,SOF吸附在顆粒表面的可能性增大,EGR產(chǎn)生的熱效應(yīng)和稀釋效應(yīng)擴大了燃燒室內(nèi)的低溫區(qū)域,降低了可燃混合氣中氧的體積分數(shù),顆粒表面的SOF不易氧化。各DTG曲線反映,廢氣的通入使得顆粒在低溫和高溫階段的質(zhì)量變化率絕對值逐漸減小,質(zhì)量損失速率峰值逐漸向低溫方向移動。

（3）碾壓夯實：本工程碾壓機械采用XS261型壓路機進行振動碾壓。碾壓順序從外側(cè)向中間進行，橫向接頭輪跡重疊不小于40cm。做到無漏壓、無死角、壓實均勻。振動壓路機運行速度2km/h。

(2)顆粒物氧化活性評價參數(shù)。顆粒物在升溫過程中的失重可分為兩個階段,分別為水分(H

O)、可溶性有機物(SOF)的揮發(fā)和碳煙(Soot)的氧化

。選擇Soot的起始燃燒溫度

、顆粒樣品轉(zhuǎn)化率最大時對應(yīng)的溫度

和顆粒失重質(zhì)量達95%對應(yīng)的溫度

,顆粒物的這3個氧化特征溫度作為評價顆粒物氧化反應(yīng)活性的參數(shù)。顆粒物表觀活化能

也是表征顆粒物氧化活性的重要參數(shù)

,

越大表明顆粒物越難發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

采用瑞士METTLER公司生產(chǎn)的TGA/DSC1的熱重分析儀,測量顆粒物的失重(TG)及失重速率(DTG)曲線。試驗過程中保持液體初始樣品質(zhì)量為20 mg,設(shè)置升溫區(qū)間40～400 ℃,保持初始樣品質(zhì)量為2 mg,設(shè)置升溫區(qū)間40～800 ℃,升溫速率為10 ℃/min,保護氣N

和反應(yīng)氣O

體積流量均為50 mL/min。根據(jù)測得的TG-DTG曲線,分析得到顆粒物組分及氧化特征溫度,根據(jù)Arrhenius定理

,采用積分法得到燃料與顆粒物的

。

2 結(jié)果與討論

2.1 燃料活化能及燃燒特性參數(shù)

3種燃料的活化能如表3所示,可以看出,柴油的

最高,F-T柴油則最低,與柴油相比,F-T柴油和生物柴油的活化能降低了23.4%和3.4%。這是因為F-T柴油主要由直鏈烷烴組成,十六烷值較高,燃料的著火性能好。與F-T柴油相比,生物柴油和柴油的十六烷值分別降低了29.3%和32%,燃料中的碳鏈結(jié)構(gòu)不容易斷裂,燃料氧化難度增加,活化能較高。與柴油相比,由于生物柴油含氧,氧化過程中產(chǎn)生的O、OH自由基數(shù)量較多,促進了燃料的氧化燃燒,燃料氧化過程所需的能量減少。

表4為各試驗工況下燃料燃燒的最大爆發(fā)壓力、滯燃期及最高燃燒溫度等燃燒特性參數(shù)。可以看出,當(dāng)柴油機在3 000 r/min、75%負荷工況運行時,由于EGR具有熱效應(yīng)與稀釋效應(yīng),隨著廢氣質(zhì)量分數(shù)的升高,缸內(nèi)最大爆發(fā)壓力和最高燃燒溫度逐漸減小,滯燃期逐漸延長,與0%的廢氣質(zhì)量分數(shù)相比,柴油機廢氣質(zhì)量分數(shù)為30%時的最大爆發(fā)壓力和最高燃燒溫度的降幅分別為6.6%～9.5%和10.8%～11.9%,滯燃期的增幅為15.4%～19.2%。3種試驗燃料中,F-T柴油的最大爆發(fā)壓力和最高燃燒溫度最低,滯燃期最短,這是因為與其他兩種燃料相比,F-T柴油的活化能低,十六烷值高,著火性能好,在滯燃期參與預(yù)混燃燒的油量較少,預(yù)混燃燒放熱率較低。在較大負荷時,由于生物柴油黏度較高,蒸發(fā)性能差,燃燒速率降低,使得最大爆發(fā)壓力與最高燃燒溫度低于柴油。

2.2 廢氣再循環(huán)對顆粒物粒徑分布和分形維數(shù)的影響

圖3是不同廢氣質(zhì)量分數(shù)時各顆粒物的粒徑分布,可以看出,大部分顆粒直徑分布于50～150 nm之間,其中直徑為50～100 nm的顆粒數(shù)百分比最大。燃用同種燃料時,隨著廢氣質(zhì)量分數(shù)的增加,顆粒的粒徑分布逐漸向大粒徑方向移動,5～50 nm的核態(tài)顆粒和100 nm以下的超細微顆粒占比逐漸減少,50～250 nm的聚積態(tài)顆粒占比增多。與D-EGR0%相比,D-EGR15%和D-EGR30%的聚積態(tài)顆粒分別增加5.4%和9.4%。這是因為廢氣的通入降低了缸內(nèi)最高燃燒溫度,抑制了顆粒前驅(qū)體多環(huán)芳香烴(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)的氧化,促進了顆粒物的形成,細微顆粒凝并為聚積態(tài)顆粒的幾率增加。廢氣質(zhì)量分數(shù)相同時,燃用F-T柴油的核態(tài)顆粒和超細微顆粒最多,FT-EGR15%中超細微顆粒占總顆粒數(shù)的79.8%,比D-EGR15%多9.5%,比B-EGR15%多6.9%。由于DPF對核態(tài)顆粒的捕集效果最好

,3種燃料中柴油機使用F-T柴油時,DPF具有更高的顆粒捕集效率。

表1是試驗燃料的主要參數(shù),F-T柴油由內(nèi)蒙古伊泰集團有限公司提供,生物柴油由濟南德誠化工有限公司提供,柴油是市售的國六0

柴油。

廢氣質(zhì)量分數(shù)相同時,F-T柴油的燃燒顆粒平均粒徑最小,其次是生物柴油,柴油燃燒顆粒最大。這是由于柴油中含有硫和芳香烴,有利于碳核和硫酸鹽的形成,促使積聚態(tài)顆粒物的形成;生物柴油含氧,可改善燃燒室中局部空燃較低的狀況,促進燃燒化學(xué)反應(yīng),抑制顆粒物的團聚與凝并,使得平均粒徑降低。

相對于柴油燃燒生成的顆粒,生物柴油燃燒的顆粒中大曲率微晶較多,表明顆粒物的有序化程度最低,穩(wěn)定性最差。這是因為生物柴油的運動黏度較高,霧化性能較差,使得初級顆粒表面吸附大量有機物,在高溫區(qū)域部分有機物被氧化,使得碳粒子邊緣留下缺陷,C—C鍵能減弱。F-T柴油燃燒顆粒的

最小,這是因為F-T柴油主要由正構(gòu)烷烴組成,幾乎不含硫和芳香烴,而柴油組分中含有較多的芳香烴及多種不同熱穩(wěn)定性的成分,降低了基本粒子的有序度。

2.3 廢氣再循環(huán)對顆粒物納米結(jié)構(gòu)的影響

搭建了如圖1所示的柴油機試驗臺架,試驗臺架主要包括CWF-25D電渦流式測功器、EBT-Ⅱ內(nèi)燃機測控系統(tǒng)、DEWE-800-CA燃燒分析儀、Kistler-6055C80氣缸壓力傳感器、光柵盤、角標儀、EEPS-3090排氣顆粒物粒徑譜儀、濾芯式顆粒采集裝置、EGR控制系統(tǒng)、FGA-4100排氣分析儀等。濾芯式顆粒采集裝置主要由金屬外殼和金屬絲網(wǎng)濾芯組成,根據(jù)Liu等

的建議,為保證采集的顆粒物足夠多,每次采樣時間約為60 min,每次試驗后還需清洗和干燥金屬殼,并更換金屬濾芯。EGR控制系統(tǒng)包括EGR閥和EGR中冷器,分別用于調(diào)節(jié)廢氣質(zhì)量分數(shù)和廢氣溫度。

(2)微晶尺寸

。圖6是不同廢氣質(zhì)量分數(shù)時各顆粒物基本碳粒子的平均微晶尺寸

,當(dāng)燃料相同時,顆?；玖Ｗ拥钠骄?/p>

隨廢氣質(zhì)量分數(shù)的增加逐漸減小,B-EGR30%的平均

分別比B-EGR0%和B-EGR15%減小了12.4%和3.4%。這是由于廢氣的通入降低了缸內(nèi)溫度,抑制了顆粒前驅(qū)體的石墨化過程,降低了顆粒的有序性。在3種試驗條件下F-T柴油燃燒顆?；玖Ｗ拥钠骄?/p>

最長,其次是柴油,生物柴油最短。較長的

對應(yīng)較大的碳層表面,由于碳層基面上的碳原子比邊緣位置的碳原子的氧化反應(yīng)性小得多,當(dāng)含有低反應(yīng)性的碳原子數(shù)較多時,顆粒物較為穩(wěn)定。因此與生物柴油和柴油相比,F-T柴油燃燒顆粒的石墨化程度較高。

(3)微晶曲率

。圖7是不同廢氣質(zhì)量分數(shù)時各顆粒物基本碳粒子的平均微晶曲率

,當(dāng)燃料相同時,隨著廢氣質(zhì)量分數(shù)的增加,顆粒基本粒子的平均

上升,FT-EGR30%的平均

分別比FT-EGR0%和FT-EGR15%增加了7.4%和5.6%。

最后，根據(jù)當(dāng)前紅外圖像分析出的可供裝甑撒料執(zhí)行結(jié)構(gòu)執(zhí)行操作的結(jié)果如下.圖8中以黃顏色方框人工標記出來可能的撒料區(qū)域，共有11個區(qū)域.圖9為本文所設(shè)計算法流程識別出的結(jié)果，標記各區(qū)域的序號并將撒料區(qū)域的質(zhì)心以黑色空心圓的方式標識在各個區(qū)域上，共有6個區(qū)域.

圖4是不同廢氣質(zhì)量分數(shù)時各顆粒物的分形維數(shù)

。從表5中可以看出,所有樣品的分形維數(shù)介于1.7～2.2之間,燃燒同種燃料時,隨著廢氣質(zhì)量分數(shù)的增大,

逐漸升高。FT-EGR30%的

分別比FT-EGR0%和FT-EGR15%高8.8%和1.8%。這是因為廢氣通入后,缸內(nèi)高溫缺氧區(qū)域增多,導(dǎo)致碳核數(shù)量增加,提高了顆粒物碰撞凝并的概率,而且廢氣中含有大量碳氫化合物,吸附在顆粒表面后促進了顆粒之間的凝并團聚,有助于顆粒的成長。當(dāng)廢氣質(zhì)量分數(shù)相同時,FT柴油燃燒顆粒的

最小,其次是柴油,生物柴油的

最大,B-EGR15%的

為2.002,分別比FT-EGR15%和D-EGR15%高6.8%和5.1%。這是因為生物柴油含氧,促進了燃燒反應(yīng)的進行,顆粒表面易于氧化,初級顆粒的尺寸較小,使得顆粒物的比表面積增加,顆粒間的附著力增強,顆粒結(jié)構(gòu)更加緊湊

。與柴油相比,F-T柴油活化能低,蒸發(fā)過程快,混合氣過濃區(qū)域和燃料碰壁可能性較小,燃燒產(chǎn)生的可溶性有機物少,減弱了顆粒的黏附能力,顆粒間的團聚程度較輕,分形結(jié)構(gòu)更加松散。

在臨床上，糖尿病是一種常見的多發(fā)病，其中以2型糖尿病最為多見，占比約為95%左右。針對此類患者，臨床單獨采用胰島素加以治療時，無法有效控制其血糖水平[1]。而作為一種噻唑烷二酮類降糖口服藥，吡格列酮可保護胰島β細胞，且可增加胰島素敏感性，因而可發(fā)揮有效的血糖控制效果[2]。因此本文隨機抽取我院收治的80例糖尿病患者，隨機分為2組，各40例，即對糖尿病采用二甲雙胍與吡格列酮聯(lián)合治療的臨床價值做了探討，現(xiàn)報道如下。

2.4 廢氣再循環(huán)對顆粒物氧化活性的影響

采用美國FEI公司生產(chǎn)的Tecnai G2 F30的場發(fā)射透射電子顯微鏡,拍攝顆粒群和基本碳粒子的形貌特征。運用圖像處理軟件Digital Micrograph,提取TEM和HRTEM圖片中的信息,得到基本粒子的納米結(jié)構(gòu)評價參數(shù)。

不同廢氣質(zhì)量分數(shù)時各顆粒物的組分含量如圖9所示,SOF和Soot是顆粒的主要組分,相同工況時,顆粒中SOF的質(zhì)量分數(shù)隨著廢氣質(zhì)量分數(shù)的升高而升高,Soot的質(zhì)量分數(shù)隨著廢氣質(zhì)量分數(shù)的升高而降低,這是由于廢氣的通入減緩了燃料的燃燒速率,降低了最高燃燒溫度,抑制了SOF的氧化。3種燃料中,生物柴油燃燒顆粒的SOF組分質(zhì)量分數(shù)最高,B-EGR15%的SOF質(zhì)量分數(shù)達30.6%,分別比FT-EGR15%和D-EGR15%高12.1%和6.6%。這是由于生物柴油的運動黏度較高,燃料的霧化與擴散效果差,黏附了未燃生物柴油的顆粒更易吸附碳氫化合物等燃燒中間產(chǎn)物,使得排氣顆粒的SOF質(zhì)量分數(shù)增大。

她的臉漲得通紅，欲言又止，陳留莫名其妙地看著她，似乎明白了什么。他站起來，說：“我們走吧，讓阿姨安靜地看會兒電視吧?！?/p>

圖10為不同廢氣質(zhì)量分數(shù)時各顆粒物的氧化特征溫度,各燃料的

、

和

變化范圍分別為479 ℃～525 ℃、583 ℃～635 ℃和648 ℃～682 ℃。相同工況時,各顆粒物的3種特征溫度均隨著廢氣質(zhì)量分數(shù)的升高而降低,說明采用EGR技術(shù)可有效降低DPF的再生溫度。3種燃料中F-T柴油的特征溫度最高,生物柴油的特征溫度最低,FT-EGR15%的

為675 ℃,分別比B-EGR15%和D-EGR15%高25 ℃和10 ℃,與另外兩種燃料相比,柴油機使用生物柴油可以縮短DPF的再生時間,提高再生效率。

圖11為不同廢氣質(zhì)量分數(shù)時各顆粒物的表觀活化能

,顆粒樣品的

在98.9～198.3 kJ·mol

范圍內(nèi)。燃用同種燃料時,

隨著廢氣質(zhì)量分數(shù)的增大而降低,FT-EGR30%的活化能分別比FT-EGR0%、FT-EGR15%降低36.7%和24.9%。相同工況時,3種燃料中F-T柴油的

最高,達167.2 kJ·mol

,其次是柴油,生物柴油最低。

通過對顆粒物的納米結(jié)構(gòu)和氧化活性進行分析,當(dāng)顆粒基本粒子的

較寬,

較短,

較大時,顆粒物的氧化反應(yīng)活性更高。這是因為當(dāng)顆粒物基本粒子的

較大時,氧原子更容易進入碳層參與反應(yīng)

。

較短時,基本粒子的無序化程度較高,且顆粒物碳層表面高反應(yīng)性的碳原子占比增加,顆粒物更容易發(fā)生氧化反應(yīng)?；玖Ｗ拥?/p>

較大意味著碳層中的奇數(shù)元環(huán)較多,sp

/sp

雜化比增加,電子共振穩(wěn)定性差

,顆粒物的石墨化程度較低,氧化反應(yīng)性增強。

3 結(jié) 論

通過采集不同廢氣質(zhì)量分數(shù)時的柴油機排氣顆粒,探究了廢氣再循環(huán)對顆粒物結(jié)構(gòu)特征與氧化活性的影響,主要得到以下結(jié)論。

(1)燃用相同燃料時,在0%～30%的廢氣質(zhì)量分數(shù)范圍內(nèi),顆粒平均粒徑隨著廢氣質(zhì)量分數(shù)的升高而增大;廢氣質(zhì)量分數(shù)相同時,3種試驗燃料中柴油燃燒顆粒物的平均粒徑最大,F-T柴油燃燒顆粒的平均粒徑最小。

(2)廢氣的通入降低了缸內(nèi)的燃燒溫度,顆粒表面的碳原子容易與廢氣中的CO

發(fā)生反應(yīng),隨著廢氣質(zhì)量分數(shù)的增加,顆粒物的

逐漸升高。當(dāng)廢氣質(zhì)量分數(shù)相同時,由于生物柴油改善了燃燒,燃燒產(chǎn)生的顆粒物

最大,B-EGR15%的

為2.002,分形結(jié)構(gòu)最緊湊。

(3)隨著廢氣質(zhì)量分數(shù)的升高,顆粒物的

和

增大,

減小,石墨化程度降低。同一廢氣氛圍下,3種燃料中生物柴油的

和

最大,顆粒物的納米結(jié)構(gòu)無序化程度最高,有助于DPF再生效率的提升;F-T柴油燃燒顆粒基本粒子的

最大,顆粒物的石墨化程度最高。

(4)采用EGR后,顆粒物中的SOF的質(zhì)量分數(shù)升高,Soot的質(zhì)量分數(shù)減少,特征溫度降低,

降低。3種燃料中生物柴油燃燒顆粒中SOF組分的質(zhì)量分數(shù)較高,特征溫度較低,氧化活性最強。當(dāng)顆?；玖Ｗ泳哂懈鼘挼?/p>

、更短的

和更大的

時,顆粒氧化活性更強。

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[1] 朱瑞軍, 王錫斌, 冉帆, 等. EGR和冷EGR對柴油機燃燒和排放的影響 [J]. 西安交通大學(xué)學(xué)報, 2009, 43(9): 23-26, 55.

ZHU Ruijun, WANG Xibin, RAN Fan, et al. Effects of EGR and cooled EGR on combustion and emission of a diesel engine [J]. Journal of Xi’an Jiaotong University, 2009, 43(9): 23-26, 55.

[2] 杜家益, 張翰亮, 張登攀, 等. EGR對生物柴油顆粒物氧化活性及微觀結(jié)構(gòu)的影響 [J]. 內(nèi)燃機學(xué)報, 2021, 39(2): 138-146.

DU Jiayi, ZHANG Hanliang, ZHANG Dengpan, et al. Influence of EGR and diesel-biodiesel blend on oxidation reactivity and nanostructure of particulate matter in diesel engine [J]. Transactions of CSICE, 2021, 39(2): 138-146.

[3] 劉理凡, 王忠, 劉帥, 等. 柴油機排氣顆粒吸附與結(jié)構(gòu)特征試驗研究 [J]. 西安交通大學(xué)學(xué)報, 2020, 54(3): 134-142.

LIU Lifan, WANG Zhong, LIU Shuai, et al. Experimental study on adsorption and structural feature of diesel engine exhaust particles [J]. Journal of Xi’an Jiaotong University, 2020, 54(3): 134-142.

[4] 葉麗華, 孫程煒, 鄭慶明, 等. 正戊醇/F-T柴油混合燃料顆粒官能團與碳原子研究 [J]. 內(nèi)燃機學(xué)報, 2018, 36(6): 524-530.

YE Lihua, SUN Chengwei, ZHENG Qingming, et al. Study on functional group and carbon atom of particles with n-pentanol/Fischer-Tropsch diesel blended fuel [J]. Transactions of CSICE, 2018, 36(6): 524-530.

[5] 王忠, 楊家翚, 李瑞娜, 等. EGR組分對煤液化柴油顆粒排放的影響 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2018, 38(11): 4050-4055.

WANG Zhong, YANG Jiahui, LI Ruina, et al. Effects of EGR components on particle of coal liquefied diesel [J]. China Environmental Science, 2018, 38(11): 4050-4055.

[6] 杜家益, 楊啟航, 張登攀, 等. 碘值對生物柴油燃燒顆粒物粒徑分布和碳質(zhì)組分的影響 [J]. 西安交通大學(xué)學(xué)報, 2021, 55(5): 18-24.

DU Jiayi, YANG Qihang, ZHANG Dengpan, et al. Effect of iodine value on the particle size distribution and carbon component of three biodiesels [J]. Journal of Xi’an Jiaotong University, 2021, 55(5): 18-24.

[7] LABECKI L, LINDNER A, WINKLMARY W, et al. Effects of injection parameters and EGR on exhaust soot particle number-size distribution for diesel and RME fuels in HSDI engines [J]. Fuel, 2013, 112: 224-235.

[8] SUN Chunhua, LIU Yu, QIAO Xinqi, et al. Experimental study of effects of exhaust gas recirculation on combustion, performance, and emissions of DME-biodiesel fueled engine [J]. Energy, 2020, 197: 117233.

[9] TEINI P D, KARWAT D M A, ATREYA A. The effect of CO

/H

O on the formation of soot particles in the homogeneous environment of a rapid compression facility [J]. Combustion and Flame, 2012, 159(3): 1090-1099.

[10]ZHANG Wei, SONG Chonglin, LYU Gang, et al. Petroleum and Fischer-Tropsch diesel soot: a comparison of morphology, nanostructure and oxidation reactivity [J]. Fuel, 2021, 283: 118919.

[11]MAN X J, CHEUNG C S, NING Z, et al. Effect of waste cooking oil biodiesel on the properties of particulate from a DI diesel engine [J]. Aerosol Science and Technology, 2015, 49(4): 199-209.

[12]WANG Xiaochen, WANG Ying, BAI Yuanqi, et al. Effects of 2, 5-dimethylfuran addition on morphology, nanostructure and oxidation reactivity of diesel exhaust particles [J]. Fuel, 2019, 253: 731-740.

[13]VERMA P, PICKERING E, JAFARI M, et al. Influence of fuel-oxygen content on morphology and nanostructure of soot particles [J]. Combustion and Flame, 2019, 205: 206-219.

[14]郭富男, 汪映, 王小琛, 等. 不同結(jié)構(gòu)芳香烴對柴油燃燒顆粒物理化特性的影響 [J]. 西安交通大學(xué)學(xué)報, 2020, 54(11): 19-25.

GUO Funan, WANG Ying, WANG Xiaochen, et al. Effects of aromatics with different structures on the physicochemical properties of diesel burning particulate matter [J]. Journal of Xi’an Jiaotong University, 2020, 54(11): 19-25.

[15]WANG Xiaochen, WANG Ying, BAI Yuanqi. Oxidation behaviors and nanostructure of particulate matter produced from a diesel engine fueled with n-pentanol and 2-ethylhexyl nitrate additives [J]. Fuel, 2021, 288: 119844.

[16]QIAN Weiwei, HUANG Haozhong, PAN Mingzhang, et al. Analysis of morphology, nanostructure, and oxidation reaction of soot particulates from CI engines with dimethoxymethane-diesel blends under different loads and speeds [J]. Fuel, 2020, 278: 118263.

[17]WEI Jiangjun, LU Wenjian, PAN Mingzhang, et al. Physical properties of exhaust soot from dimethyl carbonate-diesel blends: characterizations and impact on soot oxidation behavior [J]. Fuel, 2020, 279: 118441.

[18]LIU Junheng, WU Pengcheng, SUN Ping, et al. Effects of iron-based fuel borne catalyst addition on combustion, in-cylinder soot distribution and exhaust emission characteristics in a common-rail diesel engine [J]. Fuel, 2021, 290: 120096.

[19]NEER A, KOYLU U O. Effect of operating conditions on the size, morphology, and concentration of submicrometer particulates emitted from a diesel engine [J]. Combustion and Flame, 2006, 146(1/2): 142-154.

[20]ZHANG Renlin, ZHANG Yilong, KOOK S. Morphological variations of in-flame and exhaust soot particles associated with jet-to-jet variations and jet-jet interactions in a light-duty diesel engine [J]. Combustion and Flame, 2017, 176: 377-390.

[21]BRASIL A M, FARIAS T L, CARVALHO M G. A recipe for image characterization of fractal-like aggregates [J]. Journal of Aerosol Science, 1999, 30(10): 1379-1389.

[22]VANDER WAL R L. Soot nanostructure: definition, quantification and implications [C]∥Proceedings of the SAE 2005 World Congress & Exhibition. Warrendale, PA, USA: SAE International, 2005: 2005-01-0964.

[23]VANDER WAL R L, TOMASEK A J, PAMPHLET M I, et al. Analysis of HRTEM images for carbon nanostructure quantification [J]. Journal of Nanoparticle Research, 2004, 6(6): 555-568.

[24]梅德清, 趙翔, 王書龍, 等. 柴油機排放顆粒物的熱重特性分析 [J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2013, 29(16): 50-56.

MEI Deqing, ZHAO Xiang, WANG Shulong, et al. Thermogravimetric characteristics analysis of particulate matter of emission of divided diesel [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2013, 29(16): 50-56.

[25]JARAMILLO I C, GADDAM C K, VANDER WAL R L, et al. Soot oxidation kinetics under pressurized conditions [J]. Combustion and Flame, 2014, 161(11): 2951-2965.

[27]孫萬臣, 劉高, 郭亮, 等. 微粒捕集器對高壓共軌柴油機超細微粒捕集特性 [J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版), 2016, 46(1): 133-139.

SUN Wanchen, LIU Gao, GUO Liang, et al. Efficiency of DPF on ultrafine particles in a common-rail diesel engine [J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2016, 46(1): 133-139.

[28]丁焰, 葛蘊珊, 王軍方, 等. 生物柴油發(fā)動機PM排放的理化特性研究 [J]. 內(nèi)燃機工程, 2010, 31(3): 39-43.

DING Yan, GE Yunshan, WANG Junfang, et al. Physical & chemical characteristics of PM emitted from bio-diesel engines [J]. Chinese Internal Combustion Engine Engineering, 2010, 31(3): 39-43.

[29]VANDER WAL R L, MUELLER C J. Initial investigation of effects of fuel oxygenation on nanostructure of soot from a direct-injection diesel engine [J]. Energy & Fuels, 2006, 20(6): 2364-2369.

[30]LI Zheng, SONG Chonglin, SONG Jinou, et al. Evolution of the nanostructure, fractal dimension and size of in-cylinder soot during diesel combustion process [J]. Combustion and Flame, 2011, 158(8): 1624-1630.