生物柴油微观分子结构对柴油机颗粒物形成机理的影响研究

Renewable fuel and new combustion mode with high efficiency have become hot topics in the field of internal combustion engine and combustion research. In this project, experimental bench of flame (premixed combustion and diffusion combustion) and diesel engine test bench will be used for the investigation of particle formation mechanism. The particle size distribution functions, nanostructure and chemical composition of primary soot will be measured. The combination of morphological, composition and particle size distribution analyses will show how primary soot may be formed and it will provide fundamental data on primary soot formation, growth, oxidation kinetics and oxidation mechanisms. In the meanwhile, the reaction pathway of oxygen atom in the biodiesel molecular will be explored numerically. Based on the diesel engine test bench, the effects of fuel molecular structure, EGR rate and injection strategy on particle formation will be investigated experimentally. The impact on the diesel engine particles will be assessed by sampling the PM and examining the changes in morphology (including the nanostructure of the primary soot particles), composition of the PM and size distribution of the PM. Furthermore，optimization of particle emission of biodiesel will be examined by varying the composition of the fuel and by altering the composition of the air that is inducted into the diesel engine and other engine control parameters.

寻求清洁可再生的发动机代用燃料和高效清洁的燃烧方式已经成为内燃机和燃烧学界的研究热点。本项目针对生物柴油在内燃机中应用的关键科学问题，采用预混合和扩散燃烧标准火焰试验结合发动机台架实验开展生物柴油发动机颗粒物形成机理研究。通过研究不同燃烧条件下，不同分子结构生物柴油参比燃料燃烧火焰中初始碳核颗粒尺寸分布函数、微观形态、化学成分，揭示初始碳核形成、长大和氧化的基本规律，明晰生物柴油中氧原子在生成初始碳核时的迁移路径。通过研究不同燃料分子结构、燃料特性、发动机进气组分和喷射策略对生物柴油发动机颗粒物形成与演变的影响规律。探索生物柴油燃料组分与理化特性优化，进行生物柴油燃料设计，进一步通过燃烧模式的协同作用控制生物柴油颗粒物排放，探索生物柴油综合利用与燃烧优化问题。

寻求清洁可再生的发动机代用燃料和高效清洁的燃烧方式已经成为内燃机和燃烧学界的研究热点。本项目针对生物柴油在内燃机中应用的关键科学问题，采用扩散燃烧标准火焰试验结合发动机台架实验开展生物柴油发动机颗粒物形成机理研究。通过研究不同燃烧条件下，不同分子结构生物柴油参比燃料燃烧火焰中初始碳核颗粒尺寸分布函数、微观形态、化学成分，揭示初始碳核形成、长大和氧化的基本规律，明晰生物柴油中氧原子在生成初始碳核时的迁移路径。醇基支链长度增加后，可使碳烟颗粒团聚过程提前，基本粒子尺寸变大；主碳链长度增加后，可促进PAH的形成，碳烟颗粒成核过程变剧烈，基本粒子尺寸变大，碳烟体积分数增加；不饱和度增加后，有利于颗粒表面生长和PAH凝结，成核与团聚过程均变剧烈，基本粒子尺寸变大 氧化过程变剧烈。通过研究不同燃料分子结构、燃料特性、发动机进气组分和喷射策略对生物柴油发动机颗粒物形成与演变的影响规律。发现随着碳链长度的增加核膜态颗粒物数浓度随之增加，凝聚态颗粒物数浓度随之减小。脂肪酸乙酯的核膜态颗粒物数浓度较低，而凝聚态数浓度高于脂肪酸甲酯。探索生物柴油燃料组分与理化特性优化，进行生物柴油燃料设计，进一步通过燃烧模式的协同作用控制生物柴油颗粒物排放，探索生物柴油综合利用与燃烧优化问题。