毕业设计开题报告

1、本科生毕业设计（论文）开题报告题 目：低温等离子体对柴油机尾气碳烟颗粒的低温氧化实验研究 院 系 能源与动力工程学院 专业班级 热动 1107 姓 名 张 普 学 号 U201111573 指导教师 吴 辉 2015年 3 月开题报告填写要求一、 开题报告主要内容：1.课题来源、目的、意义。2.国内外研究现况及发展趋势。3.预计达到的目标、关键理论和技术、主要研究内容、完成课题的方案及主要措施。4.课题研究进度安排。5.主要参考文献。二、 报告内容用小四号宋体字编辑，采用A4号纸双面打印，封面与封底采用浅蓝色封面纸（卡纸）打印。要求内容明确，语句通顺。三、 指导教师评语、教研室（系、所）或开题

2、报告答辩小组审核意见用蓝、黑钢笔手写或小四号宋体字编辑，签名必须手写。四、 理、工、医类要求字数在3000字左右，文、管类要求字数在2000 字左右。五、 开题报告应在第八学期第二周之前完成。华中科技大学本科生毕业设计（论文）开题报告一、课题来源、目的、意义1.1 课题来源国家自然科学基金、华中科技大学自主创新基金1.2 课题内容碳烟是柴油机主要排放污染物之一，柴油机颗粒物捕集器（DPF）可有效降低其尾气中的碳烟排放，但其再生是DPF技术的关键。碳烟绝大部分为可燃物，其直接燃烧再生需在600以上，无法利用柴油机的排气温度（不超过400）进行，且再生温度过高易导致DPF性能下降。低温等离子体富含

3、大量活性自由基，被广泛应用于污染物治理领域。本课题拟通过实验考察并获得低温等离子体的制取方案，结合理论分析，实现基于低温等离子体的柴油机尾气碳烟颗粒的低温氧化。1.3 课题研究的目的及意义近年来由颗粒排放物，尤其是亚微米颗粒造成的环境污染，气候变化以及对公众健康的影响日趋严重。碳烟颗粒和多环芳香烃多产生于锅炉以及发动机中烃类的不完全燃烧。在发动机中，空气与燃料的混合不良导致的富燃区域在高温下易导致碳烟的形成。当人体吸入这些颗粒以后将对人身健康造成伤害，有可能导致癌症，哮喘以及心血管疾病的患病。碳烟微粒也是仅次于二氧化碳导致温室效应的第二大原因，因此导致地区温度上升以及加速全球冰盖的融化。碳烟的

4、减排可以通过燃烧工况调节，即燃烧中控制的方法，但是这种做法有一定的局限性，只能一定程度上减少碳烟排放，而不能完全消除碳烟排放。所以，通过氧化的方法来降低这些碳烟微粒以及多环芳香烃的产生以及排放来达到严格的空气质量标准是很重要的。特别是在城市大气中，车辆和固定燃烧源排放的颗粒是大气颗粒物中亚微米颗粒的主要贡献者。其中柴油机微粒排放物是污染源的主要部分，加剧了温室效应以及对健康的危害。因此，柴油机尾气排放处理日益成为人们关注及研究的热点。目前，国内外对柴油机排气处理技术主要在三个方面：一是机前处理，如混合气的形成，燃油添加剂、优化发动机冷却、改进缸盖结构等；二是机内净化，如高压缩比、废气再循环、电

5、控化油器、废气涡轮增压与增压中冷技术、降低机油消耗量等；三是后处理的研发。由于对油品质量的调节与控制以及对机体结构、部件的改造完善都很有限，难以满足日趋严格的排放标准。因此，柴油机尾气的后处理技术显得格外重要。微粒捕集装置可以捕集悬浮在尾气中的颗粒物，但此装置需要周期性的再生。然而颗粒物高效燃烧所需的温度远远高于柴油机排气温度，因此有必要提高排气温度来使碳烟燃烧。另一种方法是在催化剂的作用下使碳烟燃烧温度得以降低。通过在捕集装置表面浸渍催化剂的方法，可以达到此目的。而柴油机碳烟颗粒的结构特性，特别是纳观结构，不仅影响碳烟颗粒的物理属性和氧化活性，而且对碳烟污染治理有重要意义。无论是采用从发动机

6、微粒捕集器上回收捕获的碳烟颗粒还是商用碳黑颗粒的研究实验均已进行过。氧化催化剂能够减少碳烟燃烧温度大概300左右，但是由于高昂的费用限制了其在发展中国家的使用，也导致了更偏好于使用非催化性的碳烟氧化。一些文献17也建议使用燃油添加剂来加速碳烟在发动机内的氧化或者在微粒捕集器的捕集以利于减少排放。然而这些进入环境的催化剂也会导致新的健康问题。与此同时，研究者正在进行寻找更廉价的催化剂，或者从物理结构上改变发动机的结构参数以改善空燃比来降低碳烟排放，当然在燃油添加剂方向上的研究也很重要，因为它对于加强在过滤器和给定的燃烧室内的碳烟氧化反应也起到一定有效的作用。在发动机中，在缺少微粒过滤器的情况下提

7、高缸内碳烟氧化率（通过加强反应）也能确保更少的颗粒排放物排放到环境中。这些工作都需要关于对影响碳烟反应的因素的知识进行掌握。虽然柴油发动机燃烧效率高，功率大,使用寿命长,广泛用于车辆、机械、船舶及各种动力装置,但是其尾气中的碳化氢、一氧化碳、氮氧化物和微粒物等有害物质的排放量较多,致使大气污染严重,如何在技术上实现对柴油机尾气排放，尤其是碳烟的排放的控制以达到环保的要求是当今世界共同面临的重大问题。柴油机在正常工作时,其排放的尾气温度一般在250500之间,而微粒的燃点通常为550600。在微粒燃点范围内,微粒捕集器容易损坏,而在低温下尤其是冷启动时达不到微粒的燃点,保持清洁比较困难。因为在柴

8、油机排气中氧浓度很高（大约10%），所以发展氧气对于碳烟氧化来对微粒捕集器的再生是很具有可行性研究的。低温等离子体反应器可以将温度低于300的尾气中的NO氧化成NO2，然后NO2和自由基除去沉积在微粒捕集器上的微粒物。这种方法不使用催化剂,不存在催化剂活性降低的问题。低温等离子体富含大量活性自由基，被广泛应用于污染物治理领域。本课题拟通过实验考察并获得低温等离子体的制取方案，结合理论分析，实现基于低温等离子体的柴油机尾气碳烟颗粒的低温氧化。2国内外研究现况及发展趋势2.1 现阶段碳烟物理结构与化学组分对氧化活性影响的研究柴油机的碳烟排放主要受DPF影响，再生DPF是关键，但是再生DPF主要取决

9、于碳烟的氧化性质，而碳烟的氧化性质又受其尺寸，表面积，弯曲程度，平均晶粒堆叠高度，等物理结构及化学性质。而这些碳烟微粒性质主要受柴油机不同工况的影响，不同的工况下生成不同的碳烟，而且这些碳烟微粒仍具有不定性。所以在进行关于柴油机碳烟的氧化实验时，先进行不同类型的碳烟微粒的氧化实验，通过各种技术条件观测其氧化进程及结果，并观测它们的结构及化学性质，以确定结构以及化学性质对其氧化性质的影响。随后再进行不同工况下柴油机的性能试验，收集测得不同工况下生成碳烟微粒的结构与性质。在进行第一步关于碳烟微粒氧化特性的实验时，所阅读的文献均采用一些商用的碳黑颗粒来替代研究柴油机不同工况下生成的碳烟微粒。通过对这

10、些微粒进行氧化研究，确定其结构或者性质来总结氧化规律与结构性质的关系。SEM,TEM/HRTEM等技术被运用于观察碳烟结构的微观结构，初始微粒的形态，聚集形式，计算初始微粒的尺寸。氮吸附用于研究碳烟微粒的总表面积，微孔结构，孔隙大小分布，化学改性上的形态变化，碳烟表面上的晶粒缺陷。XRD主要研究两种结构因素：微晶堆叠高度，晶面间距。TGA技术主要运用于研究结构稳定性，以及通过研究碳材料的重量变化以确定柴油机碳烟氧化24。热重分析仪在研究柴油机颗粒可燃及氧化特性方面应用尤为广泛。为了获得准确的颗粒催化氧化结果，需选取适当的热重参数，如：升温速率、进样量、样品粒度、炉内气氛等。其中升温速率对实验影

11、响最为严重，不恰当的热重参数可能会导致碳烟氧化反应偏离动力学控制区，进入动力-扩散联合控制区或扩散控制区。已有研究24显示较小尺寸、较高比表面积、高度非晶性质（低组织化程度）、低晶粒堆叠高度的碳烟微粒氧化活性较高。碳烟微粒上多环芳烃的结构对碳烟氧化也存在影响。实验23发现曲面碳烟的平均活化能要比平面碳烟的低26 kJ/mol。另外碳烟微粒的化学性质与氧化活性也有密切的关系。H/C比对碳烟微粒的氧化也有影响。较高的H原子比例能够提高H原子被氧，或者存在于燃烧环境中自由基如H、OH、CH3、C3H3结合的几率，从而生成更多的自由基位点以促进与氧气的结合，增强碳烟氧化率。曲面碳烟的H/C原子比比平面

12、碳烟的要低，有三个可能的原因23：a：曲面碳烟微粒上大量的自由基位点b：曲面碳烟上高浓度的曲面PAHS(高分显微图像上可以看出）c：平面碳烟上大量的脂肪链初始碳烟粒子在结构和表面组成等方面与成熟碳烟粒子相比具有较大的差别，通过实验比较发现，初始碳烟粒子的氧化速率常数要比经典的计算NSC公式结果大出许多22。这表明初始碳烟粒子的表面比成熟或成长中的碳烟活性均高的多22。低温火焰中生成的碳烟颗粒的微晶长度短，微晶片层杂乱无序，没有明确的中心，而高温火焰生成的碳烟颗粒的微晶片层明显增大，微晶尺寸变长，边缘更为清晰，有明显的同心片层组织结构基本粒子平均粒径都随火焰高度(height above bur

13、ner，HAB)的增加而增加，而随着火焰温度升高而减小初生碳烟颗粒呈扁平状，随着HAB 增加，碳烟颗粒由于生长渐趋成熟，并呈现为球形或椭球形，基本粒子粒径分布变宽且出现双峰分布21。总结：迄今为止,人们已先后对碳烟的形态、成分、结构、颗粒性质、形成过程、催化氧化(燃烧)机理进行了研究,得出了许多有益的结论。现阶段关于碳烟氧化机理的研究很多，主要是分析碳烟结构性质与氧化性的关系。大多数实验研究均采用少数几种商用碳黑颗粒，或一两种柴油机的排气碳烟颗粒，运用TEM/SEM，XRD，拉曼光谱，氮吸附等技术分析碳烟微粒的微观结构及化学性质，然后模拟各种氧化环境，进行氧化实验，采用热重分析等技术分析样品氧

14、化率及氧化速率常数，对比研究得出碳烟样品的结构性质与氧化性规律。这些实验以及研究结果可以为柴油机尾气碳烟排放的处理提供可以依据的氧化机理，在进行设计低温等离子体处理柴油机尾气时可以依据这些实验方案做出改进，并做参考。2.2 现阶段柴油机碳烟排放机理及后处理研究为了适应不断强化的节能和降低排放的要求，世界各国已开发出多种应用于车用柴油机的排放和节能控制技术措施。归纳起来主要有燃油品质的改善、机内措施（柴油机燃烧过程组织）和后处理措施。机内措施包括燃烧系统、喷射系统的优化，可变进、排气系统控制，增压中冷技术，EGR 技术，以及电控技术等。其中，后处理技术主要包括选择性催化还原（Selective

15、Catalytic Reduction，SCR）、稀 NOx 捕集器（Lean NOx Traps，LNT）、氧化催化剂(Diesel Oxidation Catalysts，DOC)，微粒捕集技术(Diesel Particulate Filters，DPF)等15。表2 各种NOx/PM 后处理控制策略的优缺点由于柴油机排放 NOx 是空气中 O2与N2在气缸内燃烧高温条件下反应生成的产物，其生成量取决于缸内燃烧温度、反应时间及 O2的浓度；而 PM 则是高温缺氧条件下燃油燃烧不完全的产物，所以能同时降低 PM 和 NOx 的机内净化措施极少。同时，在采用了现代柴油机技术，尤其是柴油高压喷

16、射技术后，虽然柴油机排放的微粒总质量大幅度减少，但微粒的数量却反而有所增加，对人体和环境所造成的危害却更大。所以，仅靠机内净化技术难以达到未来更严格的排放法规，选择柴油机排气后处理技术正成为一种趋势。2.2.1 柴油机排气碳烟生成机理发动机转速、负荷、气门间隙、喷油定时、压缩比和进气阻力等因素对柴油机碳烟排放有直接影响,碳烟排放量随转速和负荷的增加而增加,特别是当气门间隙增大、压缩比降低、进气阻力增加时,碳烟排放量明显增加。柴油机的碳烟排放随负荷和转速的增加而上升,尤其是在大负荷时烟度的增加更加明显。与发动机运转状况相关的参数对碳烟排放有很大的影响,如喷油定时、气门间隙偏离最佳值、进气系统阻力

17、的增加、压缩比下降等都对烟度有明显的影响。由此可知,保持发动机良好的运转状况是降低排放的重要途径。必须采取措施,进一步加强对车用柴油机的维护保养10。对于柴油机缸内燃烧条件下缸内碳烟形成过程中的活性基核、碳粒核的生成规律及碳粒尺寸分布规律，结果表明燃烧温度和混合物当量比对初始碳核的生成有很重要的影响。碳核粒子首先在活塞凹坑底部的浓混合区域生成，随燃烧的扩散过程，燃烧室中心位置和凹坑唇边挤流区相继出现较高浓度的基核，但存在浓度相位差。缸内不同位置生成碳粒数量和尺寸分布是不同的，不同尺寸范围的碳粒数量和质量之间存在对应关系2。在Surovikin碳烟模型中，燃油分子高温裂解后,首先形成碳粒的气相前

18、驱物.其中主要是多环芬芳烃类碳氢化合物PAH以及其他一些有助于碳粒生长的气相生长组分的活性分子。PAH的继续生长导致自由基的成核，从活性分子中形成活性基核，即粒子成核阶段。基核粒子与活性分子发生碰撞集聚成长，或者活性分子直接附着在基核表面而自身表面成长，形成初始碳烟粒子，即碳粒核（PN）进入粒子生长阶段。碳粒核经过凝聚和成长后形成碳烟，氧化反应伴随碳烟形成过程，直至最终的碳烟粒子。碳烟模型所描述的具体形成过程如图2。图2 Surovikin碳烟生长模型机理a.燃烧温度和混合物当量比对初始碳核的生成具有重要的影响，高浓度碳烟生成区域始终出现在高温燃烧区域，并不总出现在富燃料区，但与燃料浓度或当量

19、比在缸内的分布变化密切相关。b.活性基核的浓度分布直接影响碳烟颗粒的浓度分布,且碳烟颗粒的尺寸变化与碰撞率,表面生长率和氧化率的相互作用有关,因此排气中的碳烟净生成量是碳烟生成速率和氧化速率竞相发展的结果。c.缸内不同单元位置处碳烟颗粒数量和尺寸分布不同，并且燃烧室内凹坑和挤流区碳烟浓度存在生成相位差。碳烟颗粒在缸内演化发展过程中，大量被氧化和聚集，数密度始终处于变化中，直至燃烧过程基本结束时达到一个相对稳定状态。PAHs 的沉积作用对碳烟质量的增加有明显的贡献作用；且在不同工况条件下，碳烟排放质量的模拟值和实验值的变化趋势是一致的。在整个燃烧过程中，大数量的小直径碳烟颗粒是由于碳烟前驱物不断

20、裂解成碳烟颗粒核的结果；小数量的大直径颗粒是由于碳烟颗粒核的凝结、表面生长和 PAH沉积作用的结果13。高转速下排气颗粒数浓度和体积浓度大于中间转速时的数浓度和体积浓度。相同转速下,颗粒体积浓度随负荷增加而增大,而数浓度高转速下随负荷增大而增加,中间转速下随负荷增加没有规律性变化。相同转速下,积聚模态数浓度随负荷增加而增大,核模态数浓度高转速下随负荷增大而增加,但在中间转速下随负荷增加无规律性变化。相同转速下,随负荷增加,核模态峰值粒径有减小趋势。中间转速下积聚模态峰值粒径随负荷增大先增大后减小,高转速下积聚模态峰值随负荷变化无明显变化。中间转速下排气颗粒的核模态峰值粒径小于高转速下核模态的峰

21、值粒径,积聚模态峰值粒径大于高转速下积聚模态的峰值粒径。排气颗粒中核模态粒子占有较大的数量百分比,积聚模态粒子占有较大的体积百分比12。2.2.2 柴油机排气碳烟催化处理技术目前,国内外对柴油机排气处理技术主要在3方面:一是机前处理,如混合气的形成,燃油添加剂、优化发动机冷却、改进缸盖结构等;二是机内净化,如高压缩比、废气再循环、电控化油器、废气涡轮增压与增压中冷技术、降低机油消耗量等;三是后处理的研发。由于对油品质量的调节与控制以及对机体结构、部件的改造完善都很有限,难以满足日趋严格的排放标准。因此,柴油机尾气的后处理技术显得格外重要。微粒捕集装置可以捕集悬浮在尾气中的颗粒物，但此装置需要周

22、期性的再生。然而颗粒物高效燃烧所需的温度远远高于柴油机排气温度，因此需要提高排气温度来使碳烟燃烧。另一种方法是在催化剂的作用下使碳烟燃烧温度得以降低。通过在捕集装置表面浸渍催化剂的方法，可以达到此目的15。近十年来，多种催化剂已经用于柴油机碳烟催化氧化特性的试验研究，如铅、钴、钒、钼和铜的氧化物，以及钙钛矿、贵金属和稀土元素氧化物等。其中，钼系催化剂MoO3可能是最有前途的一类，因其具有独特的二维层状结构，层与层之间通过弱范德华力结合，这种开放的层状结构以及易于产生氧空位的特性，可在催化过程中脱去部分氧原子形成气态氧促进碳烟的氧化反应。且在较低的温度(大约500)下，能将碳烟直接氧化成CO2具

23、有更高的选择性。此外，该催化剂的活性相有较高的迁移能力，呈现出较高的活性。微粒过滤器利用多孔陶瓷载体及其催化剂能对颗粒进行有效捕集和氧化(或还原),同时配有再生系统能保证过滤器长期反复使用。催化载体种类繁多,堇青石是目前应用最广泛的催化载体材料,但其存在耐热性能和耐化学腐蚀性能差、热导率低、再生时产生热斑等问题。过滤器使用一段时间后需要再生,再生方法主要有逆向喷气再生、红外线加热再生、喷油助燃再生、电加热再生(外发热体加热)、微波加热再生、燃料添加剂再生和连续再生等,但这些再生技术存在加热不均匀、效率低、过程繁琐、辅助设施庞杂等问题。三维贯通网络结构的SiC多孔陶瓷作为柴油机尾气微粒净化用载体

24、材料,对柴油机尾气微粒净化效率及再生性能有较好的效果。制备的SiC多孔陶瓷以-SiC、-SiC和Si等为主晶相,具有宏孔(主孔)和微孔相结合的孔结构和良好的导电性能;SiC多孔陶瓷用作柴油机尾气净化载体材料,在通电和不通电2种情况下,可以实现对柴油机尾气微粒的过滤和净化。通电时SiC多孔陶瓷的加热效果良好,通电时可以实现微粒持续的过滤、净化,同时使多孔陶瓷载体处于持续的再生状态5。2.2.3国内外低温等离子体技术在柴油机碳烟处理的应用研究现状等离子体化学是研究等离子体中各种粒子之间或者这些粒子与周围物质之间化学作用的一门学科，涉及高能物理、放电物理、放电化学、反应工程等各个领域。将等离子体技术

25、应用于各种气体污染物的净化治理是国内外的研究热点之一。相对其他污染治理技术，等离子体具有处理流程短、效率高、处理彻底、能耗低和适应性好等优点。自 20 世纪 90 年代以来，利用低温等离（Non-thermal Plasma，NTP）辅助催化净化柴油机尾气的技术逐渐受到国内外学者的重视低温等离子体技术用于柴油机尾气净化时，能降低HC的排放；同时，放电产生的自由基（O、OH）能使碳烟微粒在较低温度（室温）下氧化；但由于柴油机尾气中含有大量的O2，等离子体可将NO氧化为NO2。故单独使用低温等离子技术不能有效的净化柴油机尾气中所有的污染物，如何将低温等离子体技术与其他尾气后处理技术耦合用于柴油机尾

26、气净化，使PM、HC、NOx、CO最终转化为N2、H2O和CO2，逐渐成为柴油机排气净化的研究热点。研究表明，利用低温等离子体的氧化作用可达到去除碳烟微粒的目的；低温等离子体技术辅助选择性催化还原技术，可以提高 NOx 的转化率。等离子体技术辅助合适的催化剂可产生较高的NOx脱除效率。低温等离子体辅助催化能有效地降低柴油机排放微粒的燃烧温度并提高 NOx 的还原率。柴油机在正常工作时,其排放的尾气温度一般在250500之间,而微粒的燃点通常为550600。在微粒燃点范围内,微粒捕集器容易损坏,而在低温下尤其是冷启动时达不到微粒的燃点,保持清洁比较困难。低温等离子体反应器可以将温度低于300的尾

27、气中的NO氧化成NO2,然后NO2和自由基除去沉积在微粒捕集器上的微粒物。这种方法不使用催化剂,不存在催化剂活性降低的问题4.低温等离子体去除微粒物的机理是反应过程中生成的微粒物与NO发生了氧化反应而得以除去,反应式如下：【参考文献】低温等离子体技术具有处理流程短、效率高、能耗低等特点,其核心技术主要包括低温等离子体放电电源的设计与反应器制造2部分。根据放电机制、压强范围和电极结构的不同,产生低温等离子体的方法也不同。通常可以由以下几种:辉光放电、介质阻挡放电、电晕放电、沿面放电、射频放电、微波放电等。它们有各自的特点和适用条件。电晕放电,可以在常压下工作,反应器设计简单,电极与电源成本相对低

28、廉,而且采用已获得国家发明专利的脉冲电源,提供高压极窄脉冲供电方式来实现非平衡态等离子体。由于其荷电效率高、注入能量大,能够形成比直流电晕更多更强的高能电子,使自由基和活性粒子的数量及能量效率有较大幅度的提高,且不易引起火花放电,与直流电晕荷电相比有很大的优越性9。介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)是一种能够在高气压(0. 110×105Pa)下产生低温等离子体的有效放电形式.介质阻挡放电兼有辉光放电的大空间均匀放电和电晕放电的高气压运行特点,而且电子密度(1014/cm31015/cm3)很高.DBD的主要特征是在两电极之间插入阻挡绝缘

29、介质,整个放电由在空间和时间上随机分布的大量电流细丝构成,这种电流细丝称为微放电(micro-dis-charge),它是介质阻挡放电的核心.在大气压强(1. 01×105Pa)下,这种气体放电呈现微通道的放电结构,即通过放电间隙的电流是由大量快脉冲微放电组成.每个微放电的时间过程都非常短促,寿命不到10 ns,而电流密度却可高达0. 11 kA /cm2.这些微放电通道是产生等离子体的主要空间,而且它们的大量存在也有利于增加等离子体反应空间1。介质阻挡放电低温等离子体(DBD)可有效脱除柴油机颗粒物(PM),脱除效率可达79%，总碳氢化合物(THC)脱除效率将近20%,同时氮氧化合

30、物(NOx)也有所降低。多数颗粒物的粒径都有所减小1。2.2.4 低温等离子体技术与催化剂技术结合低温等离子体与催化剂技术结合使用对解决柴油机尾气排放问题很有作用，有很多实验研究正是针对这一角度进行的。介质阻挡放电低温等离子体技术与钙钦矿型复合氧化物催化剂在柴油机尾气排放中应用。实验结果表明,在输入能量足够高时,低温等离子体对颗粒物中的碳烟去除率接近100%,对于颗粒物中的SOF净化效率达84%,其中对饱和烷烃的净化效率达90%以上,对芳香烃的净化效率为62%,对THC的净化效率可达87%。随着碳烟、SOF和THC去除效率的增加,CO2浓度呈现上升趋势。等离子体对NO的作用则较为复杂。当输入能

31、量较低时，NO可有效的脱除,当输入能量较高时,NO、只有在柴油机高负荷运行的情况下,才能被部分的脱除17。在前二项工作的基础上,将等离子体技术与催化技术结合在一起,进行了等离体/催化剂联合作用于柴油机排放物的脱除实验研究,结果表明这一体系可有效的净化柴油机中主要的有害排放物PM与NOX。模拟状态下对有害物质的去除率较高,但在真实的发动机工况条件下去除效率却不是很理想,因此要进一步研究发动机真实工况条件下转化率下降的原因。实际应用中,如何适应反应条件如气压、温度、湿度、气体污染物浓度等的随机变化;反应器的匹配技术等,都还需要做大量的研究工作18。商业化过程中,需要更加科学的设计介质阻挡放电反应器

32、,优化反应器结构,减小反应器体积,以便于安装和维修;还需考虑减小装置的能耗,降低装置的运行成本。这些问题都是需要在研究中解决的。3.预计达到的目标、关键理论和技术、主要研究内容、完成课题的方案及主要措施。3.1预计达到的目标(1) 通过实验室实验和观测，研究所获取柴油机碳烟样品随运行工况不同结构性质的变化，评价运行工况对具体柴油机排放物的影响。(2) 通过实验室试验，得到应用低温等离子体技术后对柴油机碳烟排放的影响，净化效果，以及对柴油机整体性能的影响进行评估。(3) 通过实验得到适用于处理柴油机排放碳烟的低温等离子体产生方案。以及设计后续柴油机上等离子体发生装置的安装与适配方案。3.2主要研

33、究内容（1）热处理对碳烟微粒物理化学特性产生的影响。（碳烟）（2）通过实验考察并获得低温等离子体的制取方案，结合理论分析，设计出合理的低温等离子体关与碳烟氧化实验的装置。（3）比较采用低温等离子体方案与未采用低温等离子体方案下柴油机排放碳烟氧化特性差异，并结合理论分析其对环境影响的变化。（4）提出合理的实用型低温等离子体氧化尾气解决方案，如低温等离子体产生方案，机体布置，以及对柴油机性能影响进行评估。设计出在不影响总体柴油机性能的基础上能够有效减少柴油机尾气排放的方案。3.3关键理论和技术(1) 低温等离子体的产生及碳烟处理方案优化。 (2) 碳烟微观物理化学特性与其氧化特性之关联。(3) 3

34、.4完成课题的方案及主要措施1.实验材料与方法碳烟取样时，按8工况（非道路）标准循环采集其中几种颗粒物以及购买商用碳黑颗粒（Printex-U，德固赛碳黑）进行对比实验研究， 2.热处理实验 将部分商用碳黑颗粒进行程序升温实验，在反应炉中模拟柴油机排气温度下碳烟结构变化情况。 3.等离子体处理实验对热处理后碳黑与柴油机中收集到碳烟进行不同等离子体处理。4.测定碳黑颗粒基本参数以及热处理后碳黑颗粒基本参数，如BET法测比表面积，粒径分布，初始尺寸，XPS测表面性质。5.热重处理实验（热处理实验） 对等离子体处理前后的所有样品进行程序升温热解分析氧化性差异。3.5 预期研究成果a.制备不同工况下柴

35、油机碳烟样品，掌握不同工况下柴油机碳烟样品结构规律。b.利用低温等离子体技术对样品做热重分析实验，实现基于低温等离子体的柴油机尾气碳烟颗粒的低温氧化。c.合理设计出低温等离子体装置在柴油机上的布置。4、课题研究进展计划本论文的研究周期为半年，2014年12月到2015年6月 ，具体的安排如下5. 参考文献1 姜东峰, 范国梁, 宋崇林, 等. 介质阻挡放电低温等离子体对柴油机排放物的影响J. 燃烧科学与技术, 2005, 11(2): 131-136. 2 鞠洪玲, 成晓北, 陈亮, 等. 柴油机缸内碳烟颗粒形成过程与尺寸分布特性J. 内燃机工程, 2012, 32(6): 18-24. 3

36、刘圣华, 肖福明. 低温等离子技术在柴油机颗粒排放控制中的应用J. 内燃机学报, 2001, 19(4): 301-304. 4 杜伯学, 荀占龙, 刘弘景. 低温等离子体治理柴油机尾气污染的研究进展J. 环境保护科学, 2008, 34(3): 12-15. 5 樊子民, 王晓刚, 强云霄, 等. 新型柴油机尾气净化载体及其再生性能研究J. 环境污染与防治, 2011, 33(7): 70-73. 6 汪家全, 孙平, 梅德清, 等. 乙醇柴油发动机的颗粒排放及其热解动力学分析J. 农业工程学报, 2011, 27(14): 110-113.7 梅德清, 赵翔, 王书龙, 等. 柴油机颗粒物

37、催化状态热重特性及热动力学分析J. 内燃机工程, 2013, 1.8 孟忠伟, 杨冬, 闫妍. 柴油机颗粒氧化动力学反应分析方法比较J. 西华大学学报: 自然科学版, 2013, 32(1): 51-55. 9 唐敏康, 谢金亮. 脉冲电晕放电等离子体净化柴油机尾气的应用研究J. 资源节约与环保, 2007, 22(6): 45-47. 10 武得钰, 张镇顺. 运行状况对柴油机碳烟排放影响的研究J. 小型内燃机, 1998, 27(6): 6-10. 11 蔡忆昔, 王军, 赵卫东, 等. 低温等离子体技术在降低柴油机排放中的应用J. 中国机械工程, 2006, 16(24): 2238-2

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