柴油机燃用F-T柴油的基础研究

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F-T柴油作为柴油机的一种优良替代燃料成为近年来关注的热点。论文针对F-T柴油应用中相关的基础问题,开展了其喷雾和燃烧特性的研究,并系统分析了F-T柴油对发动机性能和排气污染物的影响;此外,对F-T柴油发动机排气微粒的生物毒理作了全面的评价。研究工作对今后F-T柴油的推广应用具有重要的指导意义。论文研究工作和取得主要研究成果如下:1.研究了喷油压力、环境背景压力等因素对F-T柴油喷雾贯穿距离、喷雾锥角等宏观特性的影响。F-T柴油的喷雾贯穿距离随喷油压力的升高而增大,环境背压的升高而减小;喷雾锥角随喷油压力和环境背压的升高均增大。在同等条件下,F-T柴油的贯穿距离小于国Ⅲ柴油,而喷雾锥角大于国Ⅲ柴油。另外,对比研究了F-T柴油与国Ⅲ柴油的燃烧特性。F-T柴油预喷射着火滞燃期较国Ⅲ柴油缩短约14%,且放热峰值低,燃烧持续期大约为国Ⅲ柴油的50%;主喷射时两种燃料燃烧特性相近。2.基于现代电控高压共轨柴油机,进行了F-T柴油对发动机性能及法规排放物影响的研究。研究结果表明:与国Ⅲ柴油相比,F-T柴油发动机标定功率降低1.1%,外特性燃油消耗率降低7.1%,热效率提高4.5%。在欧洲稳态工况试验(European steady state cycle,ESC)条件下,F-T柴油较国Ⅲ柴油微粒(PM)、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)分别降低了25.5%、33.9%、39.3%、11.7%。F-T柴油对发动机排放微粒数浓度影响不大,但粒径较国Ⅲ柴油小。3.采用先进的化学分析方法,对燃用F-T柴油发动机排气中羰基污染物和微粒中多环芳香烃进行了定性及定量分析。与国Ⅲ柴油相比,F-T柴油的总羰基污染物排放量较大,其中含量最高的为甲醛和乙醛,其次为丙酮,三者之和约占羰基污染物总量的70%以上,且三者均随负荷的升高呈现降低的趋势。F-T柴油排气微粒中多环芳香烃排放量较国Ⅲ柴油大幅降低,其中含量最高的为菲、荧蒽和芘,三者之和约占总量的80%以上,且三者均随负荷的升高大体呈降低的趋势。4.针对燃用F-T柴油、国Ⅲ柴油以及两者混合燃料生成的微粒,采用了人支气管上皮细胞(HBE)的增殖活性、细胞周期、细胞凋亡、体外迁移、蛋白表达、酶联免疫吸附(ELISA)等方法表征了柴油机微粒的毒理特性。研究结果表明,F-T柴油、国Ⅲ柴油及两者混合燃料三组微粒之间的毒理特性无明显差别,而这些微粒物抑制细胞的生长,影响细胞DNA的形成,促进细胞早期凋亡,并使得细胞向营养区侵袭的能力减弱。
中文摘要第3-4页
ABSTRACT第4-5页
第一章 绪论第9-21页
    1.1 引言第9-10页
    1.2 F-T 柴油概述第10-13页
        1.2.1 F-T 柴油的定义第10页
        1.2.2 F-T 柴油的生产途径第10页
        1.2.3 F-T 柴油的特性第10-13页
    1.3 国内外F-T 柴油的发展现状第13-14页
        1.3.1 国外概况第13-14页
        1.3.2 国内概况第14页
    1.4 国内外F-T 柴油应用研究现状第14-19页
        1.4.1 F-T 柴油对柴油机零部件性能的影响第14-15页
        1.4.2 F-T 柴油对柴油机喷雾燃烧特性的影响第15页
        1.4.3 F-T 柴油对柴油机法规排放物的影响第15-16页
        1.4.4 F-T 柴油对柴油机非法规排放物的影响第16-18页
        1.4.5 F-T 柴油对柴油机微粒生物毒性的影响第18-19页
    1.5 论文的选题背景、意义及主要工作内容第19-21页
        1.5.1 论文选题的背景、意义第19-20页
        1.5.2 主要工作内容第20-21页
第二章 F-T 柴油的喷雾和燃烧特性第21-38页
    2.1 F-T 柴油喷雾特性研究第22-30页
        2.1.1 试验设备及试验方法第22-25页
        2.1.2 喷雾试验结果与分析第25-30页
    2.2 F-T 柴油燃烧特性研究第30-36页
        2.2.1 试验设备及方法第30-31页
        2.2.2 燃烧分析结果与讨论第31-36页
    2.3 本章小结第36-38页
第三章 F-T 柴油对发动机性能及排放影响第38-58页
    3.1 试验装置及方法第38-43页
        3.1.1 燃料的理化性质第38-40页
        3.1.2 试验设备第40-41页
        3.1.3 试验方法第41-43页
    3.2 动力性及经济性分析第43-46页
        3.2.1 混合燃料对发动机动力性的影响第43页
        3.2.2 混合燃料对发动机经济性的影响第43-46页
    3.3 混合燃料对法规排放的影响第46-50页
    3.4 F-T 柴油微粒排放特性分析第50-57页
        3.4.1 总粒数浓度对比分析第50-52页
        3.4.2 单一燃料不同负荷粒数浓度对比第52-54页
        3.4.3 不同燃料粒数浓度分析第54-57页
    3.5 本章小结第57-58页
第四章 F-T 柴油非法规污染物排放特性研究第58-98页
    4.1 试验设备及分析方法第59-71页
        4.1.1 非法规污染物采样系统第59-63页
        4.1.2 分析方法第63-71页
    4.2 羰基类化合物排放特性分析第71-87页
        4.2.1 总排放量分析第71-73页
        4.2.2 各种醛酮百分比分析第73-83页
        4.2.3 主要羰基化合物排放量对比分析第83-87页
    4.3 多环芳香烃排放特性分析第87-97页
        4.3.1 总排放量分析第87-89页
        4.3.2 各种多环芳香烃百分比分析第89-94页
        4.3.3 主要多环芳香烃排放量对比分析第94-97页
    4.4 本章小结第97-98页
第五章 F-T 柴油微粒生物毒性的研究第98-126页
    5.1 试验设备及试验方法第98-111页
        5.1.1 试验材料及设备第98-102页
        5.1.2 试验种类及方法第102-111页
    5.2 试验结果及分析第111-125页
        5.2.1 MTT(噻唑兰比色分析)法分析细胞增殖活性第111-112页
        5.2.2 流式细胞技术仪分析细胞周期第112页
        5.2.3 Anexin V 检测细胞凋亡第112-114页
        5.2.4 Transwell 体外迁移实验第114-116页
        5.2.5 Western blot 检测HBE 细胞蛋白质表达变化第116-120页
        5.2.6 酶联免疫吸附实验(ELISA)第120-125页
    5.3 本章小结第125-126页
第六章 全文总结与展望第126-129页
    6.1 主要研究内容及结论第126-128页
    6.2 主要创新点第128页
    6.3 工作展望第128-129页
参考文献第129-137页
攻读博士学位期间发表的论文第137-138页
致谢第138页
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