田波, 李青, 魏明亮, 李志丹, 王宇

(1. 武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院, 430070, 武漢; 2. 智能農(nóng)業(yè)動(dòng)力裝備全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 471039, 河南洛陽(yáng);3. 洛陽(yáng)拖拉機(jī)研究所有限公司, 471039, 河南洛陽(yáng))

針對(duì)內(nèi)燃機(jī)的排放控制一直備受各國(guó)政府以及相關(guān)國(guó)際組織的高度重視,我國(guó)自“十一五”規(guī)劃以來(lái)持續(xù)頒布了嚴(yán)格的內(nèi)燃機(jī)排放法規(guī)[1-2]。柴油機(jī)作為PM排放的主要貢獻(xiàn)者,成為了有效控制PM排放污染的重點(diǎn),采取機(jī)內(nèi)優(yōu)化燃燒策略及機(jī)外凈化協(xié)同措施是改善柴油機(jī)PM排放的有效途徑之一。機(jī)內(nèi)優(yōu)化方面,國(guó)內(nèi)外已有大量研究[3-4]表明,在柴油中添加含氧燃料不僅可以降低碳煙生成量,對(duì)顆粒理化性質(zhì)也有影響。機(jī)外凈化方面,柴油機(jī)顆粒物捕集器(DPF)被認(rèn)為是降低柴油機(jī)排氣顆粒物最有效的后處理技術(shù)[5-6]。但隨著使用周期的增長(zhǎng),DPF需要進(jìn)行再生處理以清除累積的顆粒物,通過(guò)在其內(nèi)部涂覆貴金屬催化劑降低PM活化能從而提高顆粒氧化反應(yīng)活性,是增強(qiáng)DPF再生性能的重要技術(shù)手段[7-11]。因此,采用柴油燃料添加劑以減少碳煙顆粒生成量的同時(shí),增強(qiáng)碳煙顆粒氧化活性以提高DPF再生效率的相關(guān)研究也十分必要。

聚甲氧基二甲醚(PODEn)是一種合成含氧燃料添加劑,可從廢棄生物質(zhì)、煤等原料中提取甲醛制成,其制取工藝成熟,成本較低,且契合我國(guó)“富煤、貧油、少氣”的能源結(jié)構(gòu)[12]。PODEn含氧量和十六烷值均較高,飽和蒸氣氣壓低、分子中無(wú)C—C鍵,適合作為柴油添加劑[13]。Ren等[14]提出一種PRF-PODEn化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)制用于燃燒和碳煙生成的預(yù)測(cè),結(jié)果顯示PODEn作為含氧燃料添加劑有利于減少碳煙的生成。Liu等[15]基于一臺(tái)六缸重型柴油機(jī)研究了乙醇/柴油/PODE混合物對(duì)燃燒和排放特性的影響,結(jié)果表明在所有負(fù)荷下乙醇和PODE的摻入都能加快燃燒后期的燃燒速度。陳暉等[16]在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上研究了噴油參數(shù)和摻混不同比例的PODEn對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放特性的影響,結(jié)果表明,隨著摻混PODEn比例的提高,排氣顆粒物質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著降低。Tang等[17]使用多種光學(xué)診斷技術(shù),以PODE為直噴燃料,研究了直噴燃料比例對(duì)后噴RCCI策略燃燒特性的影響,結(jié)果表明,通過(guò)調(diào)節(jié)直噴燃料的比例,可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷下RCCI的壓力上升速率峰值。馬躍等[18]在定容彈上通過(guò)激光誘導(dǎo)熾光(LII)、OH化學(xué)發(fā)光攝影等可視化方法測(cè)量了PODEn/柴油混合燃料的碳煙體積分?jǐn)?shù),結(jié)果表明,隨PODEn摻混比例增大,火焰中碳煙體積分?jǐn)?shù)明顯下降。趙玉偉等[19]對(duì)摻混不同PODEn比例下的PODEn/柴油混合燃料進(jìn)行排放特性測(cè)試,結(jié)果表明,PODEn的添加對(duì)柴油機(jī)碳煙、CO、NOx和HC等排放量均有影響。張曉騰等[20]基于一臺(tái)光學(xué)定容燃燒彈,研究了寬環(huán)境氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)由15%變化至80%時(shí)PODE噴霧火焰浮起長(zhǎng)度的改變,結(jié)果顯示,隨環(huán)境氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,PODE火焰浮起長(zhǎng)度先迅速縮短,隨后下降趨勢(shì)變緩,直至基本保持不變。

目前,針對(duì)PODEn作為燃料添加劑的研究大多集中于其在柴油機(jī)中的摻混對(duì)排放特性和生成碳煙顆粒體積分?jǐn)?shù)的影響,而PODEn在邊界可控的燃燒裝置上摻混對(duì)碳煙顆粒理化性質(zhì)的影響仍有待深入研究。碳煙的生成演化機(jī)制非常復(fù)雜,包括燃料裂解、多環(huán)芳烴形成與生長(zhǎng)、碳煙成核與生長(zhǎng)等,為了解耦影響碳煙顆粒理化特性的諸多因素,可基于具有高度可控邊界條件的實(shí)驗(yàn)室級(jí)層流火焰進(jìn)行研究[21-22]。由于柴油機(jī)中主要燃燒方式為擴(kuò)散燃燒,故本文選用同軸射流反擴(kuò)散火焰,其火焰尺度較大,且燃料側(cè)生成的碳煙不會(huì)直接向外擴(kuò)散,避免了高溫碳化和氧化,便于樣品顆粒的采集[23]。

正庚烷十六烷值與柴油接近,因此被廣泛用于表征柴油,但柴油是一種復(fù)雜的混合物,僅用正庚烷不能完全描述柴油的燃燒及碳煙生成過(guò)程,加入甲苯可顯著增強(qiáng)正庚烷的碳煙生成[24]。對(duì)于正庚烷/甲苯混合物的燃燒特性,目前已有許多學(xué)者作了相關(guān)工作,Golovitchev等[25]研究了正庚烷/甲苯的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)制,發(fā)現(xiàn)該混合物能夠模擬柴油燃燒的碳煙生成過(guò)程。Chen等[26]研究了正庚烷/甲苯的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理,結(jié)果顯示,正庚烷/甲苯混合物既可以模擬柴油的燃燒過(guò)程,還可以模擬碳煙的形成。Tang等[27]基于層流預(yù)混燃燒器研究了正庚烷/甲苯的碳煙生成特性并建立了正庚烷/甲苯的燃燒動(dòng)力學(xué)模型,實(shí)驗(yàn)的粒徑分布函數(shù)等與模擬結(jié)果一致。

本文的研究側(cè)重于摻混柴油燃燒中PODEn對(duì)碳煙顆粒的影響,因此采用正庚烷/甲苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%、20%混合作為基礎(chǔ)燃料(以下簡(jiǎn)稱HT20)以模擬柴油的燃燒和碳煙生成,PODE2-4分別按質(zhì)量分?jǐn)?shù)0、10%、20%、30%摻混至HT20中(以下簡(jiǎn)稱P0、P10、P20、P30)。PODE2-4由PODE2、PODE3、PODE4按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.36%、88.21%、9.07%配制而成,基于層流反擴(kuò)散燃燒平臺(tái)采集碳煙顆粒,通過(guò)電子透射顯微鏡(TEM/HRTEM)、拉曼光譜儀(Raman)和熱重分析儀(TGA)分析樣品的微觀形貌、石墨化程度及氧化活性,3種技術(shù)手段結(jié)合可對(duì)于碳煙的微觀樣貌、晶體結(jié)構(gòu)、石墨化程度及氧化特性進(jìn)行全面評(píng)價(jià)及深入分析,以研究不同PODE2-4摻混比例對(duì)正庚烷/甲苯碳煙顆粒理化性質(zhì)的影響。研究結(jié)果對(duì)DPF內(nèi)部催化劑涂覆方案優(yōu)化及載體選型等研究領(lǐng)域具有理論指導(dǎo)價(jià)值,同時(shí)可為柴油機(jī)摻混PODEn及DPF匹配特性提供數(shù)據(jù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)研究

1.1 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)所用的同軸射流反擴(kuò)散火焰燃燒裝置主要由內(nèi)層、中層和外層3根同軸不銹鋼圓管組成,內(nèi)徑如圖1所示,圓管出口位于同一平面,圓管內(nèi)部填充泡沫鎳鐵,以穩(wěn)定氣流。實(shí)驗(yàn)時(shí)內(nèi)層圓管通入氧化劑,中層圓管通入由液體燃料霧化蒸發(fā)后的燃料氣體,外層圓管通入保護(hù)氣,其中載氣和保護(hù)氣均使用氮?dú)狻２煌r的燃料液體由不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PODE2-4和HT20配比而成,燃料氣體出口速度為4 cm/s,氧化劑由79%氮?dú)夂?1%氧氣混合而成,燃料性質(zhì)如表1所示。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示,工況信息如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)工況信息

圖1 實(shí)驗(yàn)燃燒裝置

圖2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

液體燃料進(jìn)入管路前由霧化器進(jìn)行霧化,霧化后的燃料液滴經(jīng)氮?dú)廨d氣攜帶進(jìn)入由電加熱帶覆蓋的燃料管路進(jìn)一步蒸發(fā)為燃料蒸氣。所有氣體管路以及燃燒器外圍在由加熱帶纏繞的基礎(chǔ)上再用錫箔紙和保溫石棉包裹,避免加熱后熱量流失導(dǎo)致燃料蒸氣再度遇冷凝結(jié),加熱帶溫度由電子溫度控制器進(jìn)行調(diào)控,設(shè)定溫度為200℃以保證燃料液滴蒸發(fā)完全。

實(shí)驗(yàn)點(diǎn)火前在通氣狀態(tài)下將各管路預(yù)熱至200℃并穩(wěn)定30 min以上。采用沉積取樣方法進(jìn)行碳煙取樣,以保證取到足量的碳煙樣品用于后續(xù)分析[28]。取樣時(shí)將直徑為100 mm、厚度為5 mm的石英玻璃片放置于距燃料出口30 mm處取樣40 min,玻璃片與通有循環(huán)冷卻水的不銹鋼冷卻盤固定在一起,以便玻璃片能夠及時(shí)冷卻,沉積取樣示意如圖3所示。取樣結(jié)束后,將附著于玻璃片上的碳煙顆粒刮至瑪瑙研缽中磨成粉末狀,隨后把粉末狀顆粒樣品保存至離心管中,并放置在干燥環(huán)境用于后續(xù)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)中同一工況至少取樣3次以減少實(shí)驗(yàn)偶然誤差,后續(xù)顆粒的分析測(cè)試均為重復(fù)性驗(yàn)證結(jié)果。

圖3 沉積取樣示意

1.2 分析方法

1.2.1 透射電子顯微鏡測(cè)試

透射電子顯微鏡(TEM)能夠?qū)︻w粒物的微觀形貌進(jìn)行觀測(cè),文獻(xiàn) [29-30]表明,碳煙顆粒的微晶尺寸和微晶曲率等微觀特征參數(shù)與其氧化活性有直接聯(lián)系,微晶長(zhǎng)度和曲率定義如圖4所示。

圖4 微晶長(zhǎng)度、微晶曲率示意

根據(jù)TEM觀察到的微觀形貌圖像,通過(guò)Image-Pro Plus軟件統(tǒng)計(jì)其平均粒徑信息;對(duì)于高分辨率透射電鏡(HRTEM)觀測(cè)到的碳煙顆粒圖像,基于MATLAB開(kāi)發(fā)的圖像分析程序?qū)μ紵燁w粒內(nèi)部碳層進(jìn)行定量分析,選擇碳層結(jié)構(gòu)較為清晰的局部進(jìn)行重復(fù)性處理,并統(tǒng)計(jì)碳煙顆粒樣品的微晶長(zhǎng)度和微晶曲率,HRTEM圖像在MATLAB中處理前后對(duì)比如圖5所示。為保證結(jié)果準(zhǔn)確性,TEM/HRTEM測(cè)試時(shí)對(duì)同一樣品至少拍攝4個(gè)相距較遠(yuǎn)位置的圖像。

圖5 HRTEM圖像處理前后對(duì)比

1.2.2 拉曼光譜分析

本文采用HPRIBA Scientific-LabRam Odyssey激光共聚焦顯微拉曼光譜儀對(duì)顆粒樣品進(jìn)行拉曼光譜分析,測(cè)試激光器的波長(zhǎng)為532 nm,其測(cè)試范圍在50～8 000 cm-1。碳材料的一階拉曼光譜在800～2 000 cm-1范圍內(nèi)具有兩個(gè)較明顯的特征峰,分別為D峰和G峰。D峰在1 360 cm-1附近出現(xiàn),它的形成與石墨晶格內(nèi)部的缺陷及無(wú)序結(jié)構(gòu)有關(guān);G峰位于1 580 cm-1附近,對(duì)應(yīng)穩(wěn)定的石墨結(jié)構(gòu),與石墨晶格面內(nèi)C—C鍵的伸縮相關(guān)[31-32]。拉曼分析測(cè)試波長(zhǎng)范圍設(shè)置為800～2 000 cm-1,曝光時(shí)間為40 s,每個(gè)工況選擇4個(gè)相距較遠(yuǎn)的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試,以減少測(cè)試結(jié)果的誤差。

1.2.3 熱重分析

熱重分析通過(guò)溫度控制程序測(cè)量樣品質(zhì)量隨溫度變化的關(guān)系曲線,進(jìn)而表征碳煙顆粒樣品的反應(yīng)活性及氧化特征溫度等。測(cè)試時(shí)儀器通入100 ml·min-1的氮?dú)?氧氣混合氣體作氧化劑以模擬空氣環(huán)境,其中氧氣占比為21%。初始溫度設(shè)置為與環(huán)境溫度相差不超過(guò)2 K,以10 K·min-1的間隔升溫至700 K,即可得到樣品質(zhì)量隨溫度上升而變化的關(guān)系曲線,即熱重曲線(TG曲線),對(duì)TG曲線進(jìn)行一次微分可得到一次微商熱重曲線(DTG曲線)。同時(shí)分析TG、DTG曲線可確定樣品的3個(gè)氧化特征溫度,即最大質(zhì)量損失率峰值溫度Tmax、起始氧化溫度Ti和燃盡溫度Te。氧化特征溫度示意如圖6所示,圖中B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度即為Tmax,為單位時(shí)間內(nèi)樣品最大質(zhì)量損失速率對(duì)應(yīng)的溫度;過(guò)B點(diǎn)作一豎直垂線交TG曲線于K點(diǎn),通過(guò)K點(diǎn)作TG曲線的切線,該切線與TG曲線質(zhì)量損失初期的基線延長(zhǎng)線分別交于I、E點(diǎn),該兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度分別為Ti、Te,較低的Ti對(duì)應(yīng)較高的氧化活性,Te對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化率為99%時(shí)的溫度[33]。通過(guò)CoatsRedfern積分法[34]分析TG曲線可得到樣品的表觀活化能

(1)

圖6 氧化特征溫度示意

式中:T為分析時(shí)的溫度,K;α為測(cè)試樣品在任意溫度下的轉(zhuǎn)化率;A為指前因子;R=8.314 J·(mol·K)-1為普適氣體常數(shù);β為升溫間隔,K·min-1;Ea為表觀活化能。以1/T為橫坐標(biāo),ln [-ln(1-α)/T2]為縱坐標(biāo)作關(guān)系曲線,再對(duì)其線性擬合,通過(guò)擬合曲線的斜率即可計(jì)算Ea。

2 結(jié)果與討論

2.1 PODE2-4對(duì)碳煙顆粒納觀結(jié)構(gòu)的影響

碳煙顆粒TEM圖像如圖7所示。由圖7(a)可知,未摻混PODE2-4時(shí),少部分區(qū)域呈現(xiàn)出陰影狀,單個(gè)碳粒子輪廓模糊不清,整體呈不規(guī)則的“團(tuán)簇”狀,這種現(xiàn)象是多個(gè)碳粒子相互黏滯堆疊造成的。由圖7(b)～(d)可知,摻混10%PODE2-4后,陰影區(qū)域略有減少,基本碳粒子數(shù)有所降低。隨著PODE2-4摻混比例增加,“團(tuán)簇”現(xiàn)象逐漸改善,碳粒子數(shù)繼續(xù)減少,幾十個(gè)碳粒子連接成有較多支鏈的鏈狀;摻混30%PODE2-4時(shí),基本碳粒子明顯減少,多個(gè)碳粒子連接呈鏈狀且鏈長(zhǎng)明顯縮短。這是由于PODE2-4不含C—C鍵,自身難以形成碳煙顆粒前驅(qū)物,摻混于正庚烷/甲苯后能促進(jìn)混合燃料的完全燃燒,隨著其摻混比增大,碳煙顆粒前驅(qū)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降,使得碳煙顆粒的生成量減少,使得基本碳粒子相互之間的碰撞幾率降低,顆粒形成鏈狀的粒子數(shù)目減少。

(a)P0

為了定量分析PODE2-4對(duì)碳煙顆粒直徑的影響,通過(guò)Image-Pro軟件統(tǒng)計(jì)TEM圖像中基本碳粒子的平均直徑,統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖8所示。隨著PODE2-4摻混比例增加,粒子直徑總體逐漸向小粒徑方向偏移。4個(gè)工況的平均粒徑分別為27.143、24.879、23.901、22.251 nm,與純正庚烷/甲苯燃料相比,摻混10%～30%PODE2-4后平均粒徑依次減小了8.3%、11.9%、18%,說(shuō)明PODE2-4摻混能夠減小粒子直徑,而尺寸較小的顆粒物更易被氧化,有助于DPF的再生。

圖8 基本碳粒子的直徑分布

為了進(jìn)一步研究摻混PODE2-4對(duì)碳煙顆粒納觀結(jié)構(gòu)的影響,本文還通過(guò)HRTEM對(duì)碳煙顆粒的微觀形貌進(jìn)行了觀測(cè),不同PODE2-4摻混比例下的HRTEM圖像如圖9所示,圖9顯示4種工況下顆粒內(nèi)部微晶碳層均呈不規(guī)則分布。純正庚烷/甲苯燃料時(shí),有部分區(qū)域存在“殼-核”結(jié)構(gòu)(箭頭、圓圈所示),這種結(jié)構(gòu)是碳煙生成過(guò)程中多環(huán)芳香烴微晶碳層在高溫下形成的一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu),內(nèi)核由較短的無(wú)規(guī)則分布的碳層組成,外殼則由較長(zhǎng)的、排列規(guī)整的碳層組成。隨著PODE2-4摻混比例升高,顆粒內(nèi)部碳層結(jié)構(gòu)更加雜亂,邊界碳層排列越來(lái)越模糊,“殼-核”結(jié)構(gòu)逐漸消失。

(a)P0

為量化PODE2-4對(duì)碳煙顆粒微觀結(jié)構(gòu)的影響,基于MATLAB通過(guò)圖像分析程序處理HRTEM圖像所得顆粒微晶參數(shù)結(jié)果如圖10所示。4種工況的微晶長(zhǎng)度平均值分別為0.844 8、0.835 4、0.824 1、0.807 0 nm,微晶曲率分別為1.109 6、1.129 8、1.134 7、1.146 5。相較于純正庚烷/甲苯燃料,摻混10%～30%PODE2-4后平均微晶長(zhǎng)度依次降低了1.11%、2.45%、4.47%;平均微晶曲率依次增加了1.82%、2.26%、3.33%。隨著PODE2-4摻混比的增加,碳煙顆粒平均微晶尺寸更加短小,曲折程度變得更高,微晶長(zhǎng)度與微晶曲率變化呈相反趨勢(shì)。這是由于PODE2-4摻混比例越高的混合燃料中C—C鍵含量越少,導(dǎo)致碳煙生成時(shí)成核的速率降低,無(wú)定形碳含量增多,故微晶尺寸變短,曲率變大,微晶碳層的間距也隨之增大,氧氣更易侵入碳層之間,顆粒物則更容易被氧化。

(a)各工況微晶長(zhǎng)度分布

2.2 PODE2-4對(duì)碳煙顆粒石墨化程度的影響

根據(jù)顆粒樣品的一階拉曼光譜信息,對(duì)各工況的一階拉曼光譜圖以及各自峰值強(qiáng)度進(jìn)行歸一化處理,并采用Lorentzian線型對(duì)1 360 cm-1附近的D峰和1 580 cm-1附近的G峰進(jìn)行雙峰擬合,計(jì)算D峰和G峰擬合峰的積分強(qiáng)度比值ID/IG,進(jìn)而可以在不破壞顆粒內(nèi)部碳層結(jié)構(gòu)的情況下獲得樣品顆粒的石墨化程度表征信息。

4種工況下的碳煙顆粒一階拉曼光譜圖如圖11所示,4種工況均呈現(xiàn)兩個(gè)位于1 360、1 580 cm-1附近的特征峰,這說(shuō)明實(shí)驗(yàn)取到的碳煙顆粒樣品是均勻的。對(duì)一階拉曼光譜圖進(jìn)行峰值擬合后得到D峰與G峰的積分強(qiáng)度比值ID/IG,如表3所示。PODE2-4由0%摻混至30%,ID/IG值依次增加了12.29%、26.94%和34.85%,擬合相關(guān)系數(shù)均超過(guò)0.97,擬合效果較好。D峰為無(wú)序峰,G峰為石墨峰,ID/IG值越大,無(wú)序峰的強(qiáng)度越高,顆粒物的有序程度越差,說(shuō)明摻混PODE2-4能降低碳煙顆粒的石墨化程度,碳層排列無(wú)序化程度增加,不規(guī)整排列的碳層邊緣結(jié)合能較弱,反應(yīng)活性增強(qiáng),這與前文HRTEM分析結(jié)果具有一致性。

表3 碳煙顆粒一階拉曼光譜積分強(qiáng)度比值

圖11 碳煙顆粒一階拉曼光譜圖

2.3 PODE2-4對(duì)碳煙顆粒氧化活性的影響

為了定量分析PODE2-4對(duì)柴油模型燃料碳煙顆粒氧化活性的影響,本文對(duì)顆粒物樣品進(jìn)行了熱重分析。碳煙顆粒的等溫氧化主要由可溶性有機(jī)物(SOF)的揮發(fā)和顆粒物的氧化兩個(gè)階段組成。溫度在150～400 K時(shí),SOF開(kāi)始揮發(fā),溫度高于400 K后,碳煙顆粒開(kāi)始熱解氧化。碳煙顆粒的氧化反應(yīng)階段是文章研究的重點(diǎn),故本節(jié)僅選取400～700 K進(jìn)行分析,4種工況下碳煙顆粒的TG曲線與DTG曲線如圖12所示。

(a)TG曲線

隨著PODE2-4摻混比例增加,顆粒樣品的TG和DTG曲線整體均往低溫方向偏移,氧化過(guò)程的特征參數(shù)如表4所示。PODE2-4摻混比由0%到30%,Tmax、Ti、Te均有所下降,Ea依次降低了27.26%、33.53%、39.54%,通過(guò)Coats Redfern積分法計(jì)算Ea時(shí)各線性回歸方程的回歸系數(shù)均高于0.96,說(shuō)明該計(jì)算方法可行。表觀活化能的降低表明摻混PODE2-4后顆粒物氧化活性得到增強(qiáng),這是因?yàn)镻ODE2-4含氧量較高,摻混后顆粒物表面的含氧官能團(tuán)增多,無(wú)定形碳的含量增加,石墨化程度下降,微觀結(jié)構(gòu)更加無(wú)序,氧化速率加快,所以更容易被氧化。

表4 碳煙顆粒氧化特征溫度

3 結(jié) 論

本文基于同軸射流反擴(kuò)散火焰平臺(tái),研究了不同PODE2-4摻混比例對(duì)柴油模型燃料碳煙顆粒理化性質(zhì)的影響,可得如下結(jié)論。

(1)摻混PODE2-4后碳煙顆粒微觀結(jié)構(gòu)改變,且隨摻混比例的變化而變化。隨著PODE2-4由0摻混至30%,粒子直徑向小粒徑方向偏移,平均粒徑減小,顆粒內(nèi)部微晶條紋變短,曲率增大,更多碳層由平行排列變?yōu)閺澢帕?穩(wěn)定的“殼-核”結(jié)構(gòu)逐漸消失。

(2)隨著PODE2-4摻混比例升高,ID/IG值逐漸增大,碳煙顆粒石墨化程度降低,碳層排列更加不規(guī)則,無(wú)序程度增加。

(3)PODE2-4對(duì)碳煙顆粒氧化活性有顯著影響。隨著PODE2-4摻混比例增大,TG、DTG曲線向低溫區(qū)域偏移,碳煙顆粒失重速率峰值溫度、起始氧化溫度、燃盡溫度和表觀活化能均有所下降,其中表觀活化能依次降低了27.26%、33.53%、39.54%,氧化活性顯著增強(qiáng)。