低温等离子体发生器工作参数优化

低温等离子体（non-thermal plasma,NTP）发生器放电产生的活性物质可有效去除柴油机颗粒捕集器（diesel particular filter,DPF）中沉积的颗粒物（particulate matter,PM）,而发生器的工作参数直接影响活性物质的浓度,选取合适的工作参数有利于活性物质的产生。该文以空气为气源,考察了放电区表面温度、放电电压、放电频率、空气流量4个因素对NTP发生器产生活性物质浓度的影响。以O3质量浓度作为试验指标,进行了正交试验设计,并对试验结果进行单因素影响规律的分析、极差分析以及方差分析。研究表明：较低的放电区表面温度和放电频率有利于O3的生成,O3质量浓度随着空气流量的增大先升高后降低,随放电电压的变化没有明显的增减趋势;放电区表面温度、空气流量为显著因素,放电电压和放电频率为不显著因素;各因素对试验结果影响的大小顺序为：空气流量＞放电区表面温度＞放电频率＞放电电压;NTP反应器产生活性物质的较优组合是：放电区表面温度40℃、放电电压19 kV、放电频率7 kHz、空气流量5 L/min。研究结果对开发用于分解柴油机PM的NTP系统、优化NTP技术再生DPF的研究有重要的指导意义。     

水冷式低温等离子体反应器的性能试验

为有效控制放电区温度,对自行设计的水冷式低温等离子体反应器进行试验,研究了该NTP(non-thermal plasma)反应器的性能,分析了放电区表面温度为60、90、120和150℃时,工作电压、工作频率和空气流量等因素对放电功率、O3和NO2体积分数的影响,并探讨了等离子化学反应机理。结果表明,反应器的放电功率随工作电压、工作频率和放电区表面温度的升高而增大;空气流量对放电功率的影响较小;当放电区表面温度不同时,O3和NO2体积分数随工作电压和工作频率的变化规律呈现不同趋势;当放电区表面温度不变时,O3和NO2体积分数随空气流量先增大后降低;降低放电区表面温度可以有效提高O3和NO2体积分数。研究结果为进一步研究间接低温等离子体技术降低柴油机排放和再生微粒捕集器提供依据。     

双介质低温等离子体反应器工作参数优化及空气放电光谱分析

为研究工作参数对双介质低温等离子体反应器性能的影响,建立了双介质阻挡放电型低温等离子体反应器试验系统,观察空气放电产生的NO、NO2体积分数随放电频率、放电电压峰-峰值及空气流量等因素的变化。结果表明:不同放电频率时,双介质低温等离子体反应器气体放电反应机理不同;放电频率为7 k Hz时,NO、NO2均随放电电压峰-峰值线性增长;放电频率为8 k Hz时,随着放电电压峰-峰值的增大,NO先不变后增长,NO2线性增长;放电频率为9 k Hz时,随着放电电压峰-峰值的增大,NO始终维持在较低水平,NO2先不变后增长;NO、NO2体积分数随空气流量的增大而减小,不同空气流量时,NOx总体变化规律不会改变;双介质低温等离子体反应器放电频率为9 k Hz,放电电压峰-峰值为9~23 k V时,可产生较多的活性物质,同时避免大量副产物的生成。该研究可为利用NTP技术降低柴油机排放污染物提供参考。     

气源及活性剂对曝气滴灌带水气单双向传输均匀性的影响

曝气滴灌过程中水、氧、气传输均匀性是评价曝气灌溉质量的重要指标。活性剂的添加和传输方式的优选对曝气滴灌传输过程中微气泡的存在和溶解氧的保持有重要意义。为提高水气耦合物在滴灌过程中传输的距离和均匀性,该文采用Mazzei 1078文丘里空气射流器进行曝气增氧,以空气和氧气为供试气源,研究活性剂BS1000浓度(0、1、2和4 mg/L)和传输方式(单向和双向)对曝气滴灌下水、氧、气传输特性的影响。结果表明:曝气导致单向传输下流量均匀性略有下降,但可显著提高灌溉水中溶解氧和掺气比例;随着活性剂浓度的增加,掺气比例显著增加(P0.05);活性剂的添加促进了氧气曝气下溶解氧的增加;溶氧均匀性和流量均匀性随着活性剂浓度的增加无显著性变化,但单向传输下4 mg/L BS1000的出气均匀性较未添加活性剂显著降低;双向传输的流量均匀性、溶氧均匀性和出气均匀性分别在95%、96%和67%以上,较单向传输分别平均提高14.00%、4.05%和30.64%(P0.05),是曝气滴灌长程管道传输推荐的布置方式。研究结果为曝气滴灌过程中灌溉技术参数优化和管道的科学布置提供理论依据。     

可变电荷土壤和恒电荷土壤CI^—吸附特性的研究

对不同浓度KCI和不同pH下，3种可变电荷土壤和4种恒电荷土壤CI^-吸附量进行了测定。结果表明，土壤CI^-吸附量随平衡CI^-浓度C（e）增加而增大，恒电荷土壤呈线性，可变电荷土壤在添加CI^-0.5-5.0mmol/L下，符合Langmuir吸附等温式。同一浓度下的CI^-吸附量及其随浓度增加的速率均为砖红壤＞红壤＞赤红壤＞黄棕壤＞棕壤、暗棕壤和黑土，与这些土壤所带正电荷量顺序相一致。Langmuir方程K值较小且几种土壤差异不大。恒电荷土壤对CI^-的吸附量很小，在浓度较低时常出现负吸附，其吸附机理可能更多的是与K^ 吸附时的同时吸附。7种土壤CI^-吸附量均随pH增加而降低，但降低强度可变电荷土壤远大于恒电荷土壤。     

微纳米曝气滴灌系统中气泡传输特性及其影响因素分析

微纳米曝气滴灌系统的水、气和溶解氧传输特性不明，限制了其在农业领域的应用。该研究旨在探索微纳米气泡在滴灌管内的传输特性，为微纳米曝气滴灌系统科学运行提供理论依据。设计0.06～0.22 MPa之间的5个滴灌系统工作压力，0.60、1.50、2.40 L/min 3个进气速率，并以不曝气为对照，通过测量滴灌管首部、中部、末端滴头的水、气出流量及水中溶解氧浓度，分析三者沿滴灌管的传输特性和均匀性，以及进气速率和工作压力对其的影响规律。结果表明：1）微纳米曝气时所有处理的滴头平均出水流量达到额定流量的98.5%及以上，出水均匀度达到96%及以上，且两指标在所有曝气和不曝气处理之间的差异均未达到显著性水平（P<0.05）。2）在适中的工作压力范围内（0.10～0.18 MPa），曝气滴灌系统平均出气流量和均匀度分别在0.13～0.23 L/h、85.50%～92.41%之间，两指标分别随进气速率的提高而提高和降低；而过高或过低的工作压力（0.22 、0.06 MPa）会导致个别滴头出气流量异常高，最终提高滴灌系统平均出气流量的同时却大大降低了出气均匀度。3）微纳米曝气滴灌系统的溶解氧浓度较不曝气有明显提高，且所有处理的溶解氧均匀度均达到95%以上；溶解氧浓度沿管道传输方向呈增大趋势，随进气速率的提高呈单峰变化；在1.5 L/min进气速率组合0.14 MPa工作压力时，滴灌系统溶解氧平均值达到最高14.45 mg/L。综合考虑水、气和溶解氧传输效果，微纳米曝气滴灌最佳运行参数为1.5 L/min进气速率组合0.14 MPa工作压力，根据出气均匀度大于85%和溶解氧均值大于12 mg/L确定适宜的工作压力范围为0.10～0.18 MPa，进气速率范围1.5～2.4 L/min。该研究可为微纳米曝气滴灌系统科学运行提供理论依据。     

西南地区黄壤坡面径流冲刷过程研究

土壤分离是土壤坡面侵蚀产沙的必要途径和重要过程,准确预测土壤分离过程对完善土壤侵蚀物理模型具有重要意义。利用变坡钢槽,在不同坡度（8.8%～46.6%）流量（0.5～2.5 L s-1）组合下,研究了喀斯特地区黄壤分离速率与坡度、流量以及水流剪切力、水流功率、单位水流功率的关系。对比了相同流量典型坡度组合下黄壤与黄土的分离速率差异。研究结果表明,喀斯特地区黄壤的分离速率随坡度和流量的增大而增大;坡度和流量的多元回归分析结果能够很好地预测土壤分离速率值（R2=0.9）。水流功率和单位水流功率与黄壤分离速率呈现较好的幂函数关系,决定系数比较接近（R2=0.83、0.79）;而水流剪切力预测黄壤分离速率较差（R2=0.18）。黄土的土壤分离速率明显大于黄壤,且二者分离速率差异随坡面冲刷流量的增大而增大。尽管坡度、流量、水流功率和单位水流功率都可以很好地预测土壤分离速率,且回归方程形式与国内他人研究相差不大,但方程中表征土壤可蚀性的系数相差较大,体现了黄壤坡面侵蚀过程及其受径流影响作用的特殊性。     

正直流电晕放电降解果蔬冷藏环境中乙烯

为了了解正直流电晕放电技术作为一种新的降解园艺产品保鲜环境中乙烯方法的可行性。该文以多针对圆筒内壁式电晕放电反应器为对象,进行了单位体积放电功率、混合气体流量和混合气体相对湿度等因素对电晕放电特性及乙烯降解效果的影响研究。结果表明:正直流电晕放电对乙烯降解有明显的效果,乙烯降解率的半经验模型动力学模型可用Weibull方程来描述;电晕起始电压随混合气体相对湿度、流量的增加而降低,电晕运行电压范围随混合气体相对湿度的增加而增大,但混合气体流量对电晕运行电压范围的影响不大;采用二次旋转组合实验和回归拟合,建立了90%乙烯降解所需的时间(tR)与影响因素关系的二次多项数学模型,验证了模型的有效性,并探讨了单位体积放电功率、混合气体流量和混合气体相对湿度对正直流电晕放电对乙烯降解的影响。为正直流电晕放电技术应用及进一步的等离子体催化技术的研究提供依据。     

黄土区原状土壤分离过程的水动力学机理研究

对土壤分离过程进行模拟是建立土壤侵蚀过程模型的基础。利用变坡实验水槽,在较大流量(0.5~2.0L/s)和坡度(8.8%~46.6%)范围内,系统研究了黄土区原状土壤分离过程的水动力学机理。研究结果表明:原状黄土的分离速率远小于扰动土的分离速率,因此,用原状土研究土壤侵蚀机理是十分必要的;土壤分离速率随着流量和坡度的增大而增大,但增大的形式稍有差异,可以用流量和坡度的幂函数准确模拟土壤分离速率(R2=0.95);用平均流速可以对土壤分离速率进行比较准确的模拟和估算;受径流输沙和土样扰动的影响,国内外扰动土样的土壤可蚀性参数与原状黄土的研究成果差异显著;在水流剪切力、单位水流功率和水流功率3个国际上流行的用于模拟土壤分离过程的水动力学参数中,水流功率与土壤分离速率间的关系最为密切,从而表明土壤侵蚀过程受水流能量大小的控制。     

大气中臭氧浓度变化对蔬菜的影响研究

利用OTC-1型开顶式气室对菠菜和青菜进行不同O_3浓度熏气试验结果表明,当大气中O_3浓度升高,菠菜和青菜气孔阻力增大,光合作用速率下降,地上部和地下部生物量大幅度降低,当O_3浓度达200μmol/kmol时,菠菜和青菜地上部生物量分别不足对照的1/9和1/3,地下部生物量分别下降79.8％和69.3％。     

排气余热辅助低温等离子体再生柴油机颗粒捕集器试验

为探究低温等离子体(non-thermal plasma,NTP)对无外加热源的柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)的再生过程与再生效果,搭建了排气余热辅助NTP再生DPF的试验系统。借助发动机停机后的排气余热,利用DBD(dielectric barrier discharge)型NTP发生器,对处于降温过程的DPF进行再生试验研究。结果表明:随着DPF温度的下降,NTP中O3的分解反应减弱,PM(particulate matter)氧化反应加剧,DPF内部出现温度不降反升的现象,氧化区域自DPF前端逐渐向后端延伸,DPF径向中点处氧化反应最为剧烈,DPF轴向剖面上残余积碳呈现?形。再生后DPF内部残余积碳中可溶性有机成分SOF(soluble organic fraction)明显减少,且NTP处理能够降低PM中SOF及DS(dry soot)的表观活化能。整个再生过程中,DPF内部大量积碳被氧化去除。排气余热辅助的NTP再生技术,实现了对无外加热源的DPF的有效再生,使得DPF排气背压下降达69%。该文证实了排气余热辅助NTP再生DPF的可行性,为NTP再生DPF技术的应用提供了试验依据。     

不同干燥方式对柠檬片干燥特性及品质的影响

为探索不同干燥方式对柠檬片干燥特性及品质的影响,该研究采用真空冻结冷冻干燥、传统冷冻干燥、热风干燥3种方式进行对比干燥试验。结果表明,真空冻结冷冻干燥柠檬片工艺耗时比传统冷冻干燥节省5 h,但是热风干燥2倍以上;耗电量比传统冷冻干燥节省14.27%,但是热风干燥5倍以上;真空冻结冷冻干燥、传统冷冻干燥、热风干燥柠檬片维生素C保存率分别为66.03%、45.45%、19.14%,复水比分别为4.60、3.97、2.24,差异显著(P0.05);热风干燥柠檬片色差值显著(P0.05)高于两组冷冻干燥柠檬片,而两组冷冻干燥柠檬片色差值未见显著差异(P0.05);真空冻结冷冻干燥柠檬片中5种主要挥发性风味化合物保存率显著(P0.05)高于传统冷冻干燥柠檬片,热风干燥柠檬片保存率最低(P0.05)。3组干燥柠檬片残留水均呈现自由水、不易流动水、结合水3个横向弛豫时间峰位,干燥样品残留水分中结合水占比例最高,不易流动水和自由水占比例较小,热风干燥柠檬片横向弛豫时间峰位相对其他两组呈现小幅度的右移趋势;两组冷冻干燥柠檬片感官特征总评分差异不显著(P0.05),热风干燥柠檬片在色泽、质地、柠檬味上远不及两组冷冻干燥柠檬片感官特征丰富。真空冻结冷冻干燥是高附加值柠檬片的首选干燥方法。该研究结果为柠檬片干燥加工技术提升提供参考。     

EGR废气组分对柴油机颗粒氧化活性的影响

针对不同EGR废气组分条件下产生的颗粒,采用热重分析的方法,分析了EGR废气组分对颗粒中主要物质含量的影响;考察了颗粒中挥发物析出温度、soot组分着火温度等4个特征温度、燃烧特性指数以及活化能的变化规律。结果表明,与引入废气和N2时相比,只通入CO2时产生颗粒的失质量百分数所占比例最大,颗粒中水分和可溶有机物(soluble organic fraction,SOF)含量增加明显,soot组分含量有较大幅度降低;在颗粒氧化过程中的高温反应阶段,与引入废气和N2时相比,只通入CO2时产生颗粒中soot组分的质量变化率峰值和峰值对应温度均最小;氧化特性参数的计算结果表明,与引入废气和N2时相比,只通入CO2时产生颗粒的挥发物析出温度TSOF1、挥发物起始燃烧温度TSOF2、soot组分着火温度Ti、soot组分燃尽温度Th均最低,燃烧特性指数增加明显,反应活化能最低。说明引入CO2后,颗粒中soot组分在达到相同失质量百分数时,所需的温度较低,反应所需能量较小,EGR废气中的CO2可以显著提高颗粒自身的氧化能力和反应活性,改善颗粒的氧化燃烧性能。     

微粒捕集器喷油助燃再生喷油与补气的优化控制

为实现柴油机微粒捕集器喷油助燃再生的优化控制,该文基于原喷油量优化控制模型,在考虑补气的前提下,结合过滤体再生入口临界温度模型对其边界终止温度条件的强化,对微粒捕集器再生过程烟气最优升温速度曲线予以了改进,并获得了喷油量/补气量的最优控制目标函数。从其在线优化控制结果来看,喷油量最优值随再生时间变化呈先减小后增加的趋势。相应补气量变化趋势与最佳喷油量的变化一致,受排气氧含量富余程度影响,对应的补气量在越过最低点后增长的速度不一致。试验结果表明,对喷油量/补气量予以最优控制后,整个再生过程油耗可降低34.6%～40.2%。为提高整个微粒捕集器喷油助燃再生过程的操作水平和经济效益提供了参考。     

基于DPF主动再生温度需求的柴油机进气节流控制策略

为得到DPF主动再生温度控制的全工况区域内进气节流控制策略,选取大、中、小负荷下的3种典型工况研究进气节流阀开度对柴油机泵气损失、排气热状态、缸内燃烧及排放特性的影响规律。台架稳态试验结果表明:随着节流阀开度的减小,节流作用增强,各工况下进气量逐渐降低,过量空气系数减小,最大燃烧压力下降,比油耗、CO、NO_X及烟度排放升高;但进气量的减少使得燃烧始点推迟,滞燃期延长,缸内燃烧温度及排气温度升高,抑制了HC的生成。当进气节流阀开度减小至20%时,低速小负荷工况进气流量减少率较大,排气温度提升更为显著,增幅可达62.7%,而高负荷工况排温略有升高,但泵气损失较大,增幅高达19.2%,严重恶化了发动机的经济性。因此该文综合3种代表工况下的排温提升潜力及主要性能变化规律,将A、B、C工况进气节流阀开度分别控制在35%~45%,50%~60%和70%~80%范围内,并依据排温分布特点得出发动机全工况范围内进气节流控制策略,即小负荷工况采用较小的节流阀开度,随负荷增大节流阀开度增大直至全开。     

柴油机微粒捕集器喷油助燃再生过程热工特性

为获得柴油机微粒捕集器喷油助燃再生过程热工变化特性,在考虑微粒氧化反应次模型的基础上,建立壁流式蜂窝陶瓷过滤体喷油助燃再生数学模型,通过对速度场、压力场、温度场与微粒浓度场等多场耦合求解,研究其再生过程热工参数变化规律。结果表明:喷油助燃装置热工参数、排气特征对过滤体再生过程影响较大。适当增大气油配比、提高喷油压力与喷油速率及加大补气流量均使再生过程中过滤体孔道壁面峰值温度升高,沉积在过滤体孔道壁面上的微粒层氧化燃烧速率加快,缩短过滤体的再生时间,但随着气油配比、补气流量的进一步增大,空气对流散热损失增强,及喷油速率进一步提高,混合气过浓导致燃烧器燃烧性能恶化等影响,孔道沉积微粒氧化速率、壁面峰值温度下降,再生速率降低。排气流量对再生过程的影响与补气流量相似,但从分析结果来看,排气流量能否合适控制对过滤体的再生过程有重要影响。这些规律的提出,为实现微粒捕集器安全、可靠、高效地再生及其过程控制的优化等方面提供依据和技术参考。     

微粒捕集器再生背压阈值MAP图建立及其应用

为获得柴油机微粒捕集器（diesel particulate filter,DPF）再生背压阈值以提供再生时机判断基准,针对该文设计的喷油助燃再生系统,提出以总油耗量法为基础DPF再生时机背压判断法。基于AVL-BOOST平台建立装有 DPF 发动机的仿真模型,并试验验证其油耗、功率、转矩、排气温度及 DPF 背压变化模拟值,对比结果表明,该模型具有较好的实用性,为获得较高密度和精度的测点值创造条件。沿发动机纵、横向工况分布面上采用最小二乘拟合法与区间分段线性插值法,借助MATLAB对装有干净DPF的发动机等油耗曲面进行拟合。通过设置仿真模型中DPF模块微粒层厚度,记录各工况油耗,并从中筛选出较干净过滤体发动机油耗超过5%时所对应的DPF背压值作为背压阈值,进一步建立DPF再生背压阈值脉谱图（map of arterial pressure, MAP）。从应用试验来看,相同控制策略下采用该MAP判断再生时机可保证DPF再生过程在5～10 min内完成,过滤体内峰值温度及最大温度梯度均低于安全阈值1400 K、75 K/cm,表明该MAP具有较好的实用性,这为实现微粒捕集器的快速、安全再生提供了依据和技术参考。     

柴油机颗粒捕集器不规则六边形孔道结构压降特性研究

为了提高柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)的压降特性和碳烟承载量,该文提出了一种不规则六边形孔道结构,并利用AVL-Fire软件建立其三维模型,针对不同排气流量,排气温度,碳烟负载以及灰分堆积情况对DPF压降特性进行数值分析,并与四边形孔道结构进行对比。结果表明:在不同排气流量条件下,建立的数学模型模拟值与实际试验值相对误差处于2.54%~5.69%之间,计算值和试验值的数值差异较小,变化趋势一致;在同等排气流量和排气温度条件下,不规则六边形孔道结构DPF的压降特性优于四边形孔道结构;不同碳烟加载方式会影响DPF压降特性,递减分布压降最高,递增分布压降最低,且不同分布方式下不规则六边形孔道结构具有更低的压降;灰分在DPF内部以层状方式分布对压降影响较大,以尾端方式分布对压降影响较小;不规则六边形孔道DPF具有更陡峭的碳烟过滤效率曲线和更低的压降曲线,表明其能有效地提高碳烟及灰分承载能力,其中碳烟捕集效率上升时间同比降低34%;不同灰分堆积方式下,不规则六边形孔道结构有更小的DPF压降和更高的碳烟承载量,该文可为优化DPF结构,降低DPF压降,减小DPF再生频率提供参考。     

能量密度对低温等离子体辅助催化转化柴油机颗粒物和NOx的影响

为了研究低温等离子体辅助催化后处理技术对柴油机有害排放物的作用效果,基于介质阻挡放电理论设计了低温等离子体（NTP）发生器,研究了NTP发生器工作电压随能量密度的变化关系。以涂覆γ-Al2O3的蜂窝状陶瓷为载体,采用柠檬酸凝胶法制备了LaMnO3催化剂,建立了NTP辅助LaMnO3催化试验系统。在台架试验基础上,研究了能量密度变化对NTP辅助LaMnO3催化技术转化（颗粒物）PM和NOx的影响规律。试验结果表明：在相同频率作用下,NTP发生器的能量密度随着工作电压的升高而增加;与原机相比,NTP辅助LaMnO3催化技术作用后NO浓度显著降低,NO2浓度显著增加,NOx浓度降低;随着能量密度的增加,碳烟转化效果越明显,碳烟的不透光烟度最高降低约83%。结果表明NTP辅助LaMnO3催化技术可有效转化PM和NOx,在柴油机排气后处理领域有着广泛的研究前景。