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柴油机排气中微纳米颗粒物质量与数量浓度较高,是危害大气环境与人类健康的诱因之一。优化缸内燃烧过程与应用后处理装置虽然可以大幅降低柴油机颗粒质量排放,但是对超细纳米颗粒数量排放的控制效果并不十分有效。本文研究基于荷电凝并理论,通过外接高压电源对柴油机排气中颗粒进行正负极性荷电,提升颗粒在电场内碰撞凝并效率,将细小颗粒凝并成较大粒径颗粒,在不改变现有柴油机颗粒捕集器结构参数的情况下,在降低排气颗粒数量的同时提高颗粒捕集器的捕集效率。通过台架试验和颗粒采样研究铁基燃油添加剂(Fe-Fuel Borne Catalyst,Fe-FBC)含量对柴油机颗粒粒径、微观结构与官能团等理化特性的影响,按质量比为100 mg/kg、200 mg/kg和300 mg/kg向国V柴油中加入Fe-FBC制备出Fe100、Fe200、Fe300三种混合燃油,利用发动机粒径谱仪(Engine Exhaust Particle Size,EEPS)分析仪研究不同Fe-FBC含量对颗粒粒径的影响。结果表明:柴油机燃用Fe-FBC燃油时,排气颗粒粒径分布向小粒径方向偏移,颗粒总数量浓度有所增加;通过扫描电镜观察颗粒发现,纯柴油颗粒样品呈现团簇状结构,Fe300燃油颗粒样品存在更多的链状结构;基于分形理论计算出颗粒的计盒维数,发现Fe300燃油颗粒的计盒维数更小,表明其内部碳粒子聚合效应减小,团聚程度减弱。自制双极荷电凝并装置并搭建出颗粒荷电试验台,燃油选用纯柴油与三种Fe-FBC燃油,柴油机颗粒荷电电压分别设定为0、5、10、15和20 kV,采用离子水溶液捕集柴油机排气颗粒并用电位仪测量分析颗粒表面Zeta电位与电荷量。结果表明:提高荷电电压能够显著增加颗粒Zeta电位和电荷量;随着荷电电压从0 kV增加到15 kV,颗粒的Zeta电位值与电荷量增加最明显,荷电电压为15 kV时,四种燃油的颗粒表面电荷量达到最大值;相比于纯柴油,Fe-FBC加入燃油中能够明显提升排气颗粒的Zeta电位和电荷量,当负极荷电电压为15 kV时,Fe100、Fe200与Fe300燃油颗粒表面电荷量与纯柴油相比分别增加了3.23、7.54和11.67倍。在柴油机台架上采用EEPS分析了荷电电压对排气颗粒粒径分布与凝并效率的影响。结果表明:随着荷电电压增加,柴油机排气颗粒粒径向大粒径方向偏移,当荷电电压为20 kV时,纯柴油颗粒峰值浓度粒径从60.4 nm增加到69.8 nm,Fe300燃油颗粒峰值浓度粒径从10.8 nm增加到19.1 nm,峰值处数量浓度降低41.1%;当荷电电压为20 kV时,燃用纯柴油的排放颗粒总数量浓度降低,燃用纯柴油排放颗粒的凝并效率达到最大值21.5%;此外,颗粒内含有Fe元素能够明显提升颗粒的凝并效率,在荷电电压为20 kV条件下,纯柴油与Fe300燃油核模态颗粒的凝并效率分别为29.2%和35.4%。荷电凝并耦合DPF开展台架试验,研究DPF对柴油机颗粒捕集效率的变化规律。结果表明:荷电凝并技术能够改善DPF对小粒径颗粒的捕集效率,在颗粒粒径处于6.04~12.4 nm处,DPF对纯柴油与Fe300燃油颗粒的原始捕集效率为35.1%和39.6%;当荷电电压为20 kV时,DPF在上述粒径范围内两种燃油颗粒的数量捕集效率分别增加12.2%和23.8%;荷电电压与Fe-FBC均可以提升DPF质量捕集效率,两者耦合作用可以显著降低排气颗粒的数量与质量排放。