基于小角散射的柴油机排气颗粒的孔隙结构分析 - Ingenta Connect.PDF

第 30 卷 第 15 期 农 业 工 程 学 报 Vol.30 No.15 68 2014 年 8 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Aug. 2014 基于小角散射的柴油机排气颗粒的孔隙结构分析 赵 洋，王 忠，李瑞那，李铭迪，王向丽 （江苏大学汽车与交通工程学院，镇江 212013 ） 摘 要：为进一步降低柴油机的颗粒排放。针对柴油机的排气颗粒，采用热重分析和同步辐射 X 射线小角散射的 方法，分析了颗粒在氧化过程中的内部特征、孔隙结构参数以及孔隙数量和尺寸分布等随氧化温度的变化规律。 结果表明，随着氧化温度的升高，颗粒中电子密度差逐渐增大，颗粒之间的统计平均距离增大，颗粒尺寸逐渐减 小；颗粒孔隙分布分维数、截面平均孔径、回转半径以及轴向长度均有明显增加；颗粒孔隙的结构紧密程度下降， 随着氧化温度升高，小尺寸孔隙数量逐渐减少，大尺寸孔隙逐渐增加，100℃时的颗粒孔隙尺寸主要分布在 6～ 7 nm，200 ℃是的颗粒孔隙尺寸主要分布在 8～9 nm，400 ℃的颗粒孔隙尺寸主要分布在 12～13 nm，总体上孔隙的 尺寸和数量呈上升趋势。利用同步辐射 X 射线小角散射的方法，掌握颗粒氧化过程中孔隙结构的变化规律，对于 丰富颗粒的测量方法提供了借鉴，为完善颗粒的氧化机理提供了相关基础数据。 关键词：农业机械；柴油机；颗粒；氧化；孔隙 doi ：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.15.010 中图分类号：TK421.5 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2014)-15-0068-07 赵 洋，王 忠，李瑞那，等. 基于小角散射的柴油机排气颗粒的孔隙结构分析[J]. 农业工程学报，2014，30(15)： 68－74. Zhao Yang, Wang Zhong, Li Ruina, et al. Analysis of porosity structure of particles from diesel engine using small angle X-ray scattering[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(15): 68 －74. (in Chinese with English abstract) 在相互影响的关系，并且火焰温度、压力对颗粒的 0 引 言 氧化活性和纳观结构产生重要影响。Li 等[12]对含氧 内燃机排出的颗粒物（particulate matter ）已成 燃料生物柴油燃烧颗粒的研究表明，颗粒氧化初 为大气环境污染物的主要来源之一[1-3] 。世界各国限 期，外部结构发生改变，加强了含氧基团对颗粒的 制柴油机颗粒排放的法规日趋严格，颗粒捕集器 氧化作用。孙万臣等[13]针对柴油机缸内颗粒的氧化 （diesel particulate filter，DPF ）是降低柴油机颗粒排 特性进行了研究，结果表明，颗粒的微晶长度对于颗 放的一种有效的后处理方法[4-6]，柴油机颗粒的氧化 粒的氧化具有很大影响。目前针对颗粒氧化特性的研 能力是影响 DPF 中过滤体再生的一个重要因素。 究主要通过采用扫描电子显微镜（scanning electron DPF 中颗粒的再生与温度、氧气浓度、颗粒的 micro