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甲醇/PODE混合燃料缸内燃烧与污染物生成的模拟研究

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甲醇/PODE混合燃料缸内燃烧与污染物生成的模拟研究

作者：王天婷江苏大学

学位级别：硕士

颗粒物(PM)和氮氧化物(NO)是柴油机工作过程中产生排放物的主要成分,并且两者在燃烧过程中存在此消彼长的关系。在石油燃料紧缺和排放法规严格的国际环境下,寻求新型清洁替代燃料,协同控制NO和Soot成为现今研究热点。煤基含氧燃料由于... 详细信息

颗粒物(PM)和氮氧化物(NO)是柴油机工作过程中产生排放物的主要成分,并且两者在燃烧过程中存在此消彼长的关系。在石油燃料紧缺和排放法规严格的国际环境下,寻求新型清洁替代燃料,协同控制NO和Soot成为现今研究热点。煤基含氧燃料由于其自供氧特点可以改善缸内燃烧环境,有效降低颗粒物排放。本文选取两种煤基燃料甲醇和聚甲氧基二甲醚(PODE)作为替代燃料,在详细研究燃料性质和结构差异的基础上,进行发动机台架试验,研究不同比例的甲醇和PODE混合燃料对发动机燃烧和排放特性的影响规律。并通过三维模拟软件耦合燃料化学反应动力学机理,对于缸内燃烧和污染物形成过程进行模拟计算,进一步探索含氧燃料燃烧过程中关键基团的形成机制和演化规律。然后改变喷油和进气条件,研究甲醇/PODE混合燃料在不同边界条件下的燃烧和排放规律,为甲醇和PODE作为替代燃料并应用于柴油机上提供基础数据和理论依据。利用高速摄影对甲醇和PODE的互溶性进行接触角试验,结果表明甲醇易溶于PODE中。通过Constantinous-Gani基团贡献法对于不同聚合度的PODE临界参数进行了计算,基于不同的基团贡献法和对应状态原理,得到了在300～600 K温度区间的PODE的密度、黏度、汽化潜热、蒸气压、表面张力、比热容和热导率随温度变化规律,并结合试验数据进行了验证。热重试验分析得出甲醇的掺混比例越高,混合燃料蒸发氧化活性越强。在一台四缸增压中冷柴油机上对于纯PODE(MP0)以及甲醇体积分数10%、20%和30%的混合燃料(MP10、MP20和MP30)进行25%和75%负荷下的台架性能试验。小负荷工况下,随甲醇比例增加,甲醇汽化潜热作用使得放热率降低,滞燃期增加,NO排放降低但MP30燃料产生的NO略高于MP20燃料;在大负荷工况下,与MP0燃料相比,MP30燃料的缸内最大爆发压力增加3.7%,滞燃期延长1.7°CA,燃烧持续期下降1.2°CA,NO排放降低16.1%。不同负荷下随着甲醇比例增加碳烟排放均有所下降,HC和CO排放呈线性增长趋势,但大负荷下HC和CO生成量明显低于小负荷。通过CONVERGE软件进行了甲醇/PODE混合燃料缸内燃烧数值模拟。结果表明,甲醇比例越大,火焰传播速度加快,缸内平均温度下降,高温区域减少,缸内氧含量增多。根据甲醇/PODE简化化学反应机理可知,HO和HO自由基生成量变化规律相同,即甲醇增多加大了低温阶段HO和HO的生成速率和最终生成量。OH自由基先增加后减少,其生成始点推迟导致燃烧始点推迟,生成速率增大使得放热率峰值增高,高温能够促进OH自由基生成。因此燃用甲醇/PODE可以有效提高缸内氧化自由基的生成量。在发动机台架试验验证的基础上,通过三维模拟软件改变喷油压力、喷油正时以及进气压力,探究边界条件协同控制甲醇/PODE混合燃料缸内燃烧、NO和Soot生成情况。研究结果显示,喷油时刻提前和喷油压力增大有助于缸内均质混合气的形成,使得缸压和温度峰值上升,燃烧始点提前,燃烧持续期减少,NO排放增加,Soot排放整体呈下降趋势;进气增压降低缸内平均温度,缩短滞燃期,使得燃烧室内高温区域减少,在进气压力由0.14MPa增加到0.20 MPa时,NO生成量减少14.5%,缸内碳烟质量同时减少16.3%。

关键词：柴油机甲醇聚甲氧基二甲醚化学反应机理燃烧排放

HFC-134a热催化降解的实验与机理研究

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工程热物理学报 2024年第4期45卷 935-941页

作者：张凯许云婷王天浩戴晓业史琳清华大学能源与动力工程系北京100084 清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

2021年9月《蒙特利尔议定书》基加利修正案对我国正式生效,我国在未来三十年左右将面临严峻的HFCs淘汰任务,因此实现淘汰HFCs的高效率、低能耗降解至关重要。传统的高温焚烧工艺存在能耗高、成本高的特点,因此本研究关注于制冷剂热催化... 详细信息

2021年9月《蒙特利尔议定书》基加利修正案对我国正式生效,我国在未来三十年左右将面临严峻的HFCs淘汰任务,因此实现淘汰HFCs的高效率、低能耗降解至关重要。传统的高温焚烧工艺存在能耗高、成本高的特点,因此本研究关注于制冷剂热催化降解方法,选取主要的HFCs类制冷剂HFC-134a为研究对象,通过实验手段和量子化学计算方法探究HFCs制冷剂的热催化方案可行性,并分析了催化剂种类、温度和氧气比例等关键因素对制冷剂降解效果的影响。

关键词： HFC-134a 热催化降解热催化剂影响因素分解机理

喷油参数对PODE/柴油混合燃料燃烧污染物排放的影响

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石油学报（石油加工） 2021年第1期37卷 157-167页

作者：嵇乾王天婷刘军恒孙平高婉莹杨晨江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013

以柴油(P0)、聚甲氧基二甲醚(PODE)/柴油混合燃料(P10和P20)为对象,在高压共轨柴油机上,考察其在不同喷油压力和喷油正时下的燃烧排放特性及颗粒物排放规律。结果表明:随混合燃料中PODE体积分数的增加,燃料燃烧缸内压力和放热率峰值有... 详细信息

以柴油(P0)、聚甲氧基二甲醚(PODE)/柴油混合燃料(P10和P20)为对象,在高压共轨柴油机上,考察其在不同喷油压力和喷油正时下的燃烧排放特性及颗粒物排放规律。结果表明:随混合燃料中PODE体积分数的增加,燃料燃烧缸内压力和放热率峰值有所降低;随着喷油压力的提高,3种燃料的CO、碳氢化合物(HC)和烟度排放均明显下降,NOx排放有所上升,排气颗粒的峰值数量浓度不断降低,其中积聚态颗粒占比降低,核态颗粒占比增加;推迟喷油可以降低NOx排放,但会增加CO、HC和烟度排放,颗粒的数量浓度有所增加;3种燃料中,P10燃料NOx生成量和排气颗粒的几何平均直径受喷油压力和喷油正时影响最小。

关键词：高压共轨柴油机聚甲氧基二甲醚喷油参数燃烧排放颗粒物

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基于POD和DMD的60°交叉管绕流分析

船舶力学 2024年第3期28卷 400-408页

作者：张嶔杨青青唐也婷王天源中国海洋大学工程学院山东青岛266100

本文利用本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)和动力学模态分解(Dynamic Mode Decom⁃position,DMD)分析雷诺数Re=200时三维60°交叉管在间隙比G=4下的涡量数据,并探究尾涡的演变规律。分析结果表明:尾流场中的涡流尺度... 详细信息

本文利用本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)和动力学模态分解(Dynamic Mode Decom⁃position,DMD)分析雷诺数Re=200时三维60°交叉管在间隙比G=4下的涡量数据,并探究尾涡的演变规律。分析结果表明:尾流场中的涡流尺度及重要程度随频率增加而减小,少数低频模态便可主导大尺度流动现象,而高频模态主要丰富尾流场中的小尺度湍流细节;上下游圆柱的涡结构以0.19 Hz的频率从两圆柱脱落,并在相同的频率下以平行形态向下游演变;上游圆柱脱落涡与下游圆柱的相互作用导致下游圆柱涡激振动明显,并产生多个高频升力频谱峰值。

关键词：降阶模型交叉双管尾涡

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红外光谱的不同产地黑果腺肋花楸果实鉴别

光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 991-996页

作者：杨承恩李萌王天赐王金玲李雨婷苏玲吉林农业大学食药用菌教育部工程研究中心吉林长春130118 吉林农业大学生命科学学院吉林长春130118 长春职业技术学院现代农学系吉林长春130504 国药一心制药有限公司质检部吉林长春130600

黑果腺肋花楸是已被列入新食品原料名单中的小浆果,富含花青素等成分,在酒类、饮料、功能食品、化妆品等领域广泛应用,具有较高的经济价值。因受不同产地气候等环境因素及种植条件的影响,黑果腺肋花楸果实品质差异明显。为规范黑果腺肋... 详细信息

黑果腺肋花楸是已被列入新食品原料名单中的小浆果,富含花青素等成分,在酒类、饮料、功能食品、化妆品等领域广泛应用,具有较高的经济价值。因受不同产地气候等环境因素及种植条件的影响,黑果腺肋花楸果实品质差异明显。为规范黑果腺肋花楸果品市场管理,以中红外光谱技术结合化学计量学方法对不同产地黑果腺肋花楸果实进行鉴别。采集15个产区共750份黑果腺肋花楸果实红外光谱数据,采用K-S样本划分法,按4∶1比例将样本划分为训练集和测试集,并进行多元散射校正(MSC)、标准正态化(SNV)、移动平滑(SG)、一阶导数(FD)、二阶导数(SD)等光谱预处理,与原始光谱进行支持向量机(SVM)建模识别效果对比,确定最佳光谱预处理方法,同时对最佳光谱数据进行归一化处理。采用竞争性自适应重加权算法(CARS)和连续投影算法(SPA)提取光谱特征信息,并结合随机森林(RF)、极限学习机(ELM)、支持向量机(SVM)、偏最小二乘-判别分析(PLA-DA)进行建模对比,确定最佳模型。结果表明,MSC为最佳光谱预处理方法,MSC-SVM训练集识别率为93.33%,测试集识别率为92.67%,能有效减少光谱采集时产生的随机误差。经CARS、SPA提取MSC特征光谱波长,进行4种算法的建模结果对比,确定SPA-SVM模型为最佳识别模型,其训练集与测试集识别率均为100%,且仅需16个波长点即可完成准确识别。红外光谱结合化学计量学方法,尤其是SPA-SVM模型,可准确鉴别黑果腺肋花楸果实产地,为黑果腺肋花楸果实产地溯源、质量评价提供快速、简便的方法支撑,为打造地区特色品牌提供技术基础。

关键词：黑果腺肋花楸红外光谱产地鉴别支持向量机

基于微结构量化的枣园根土复合体各向异性试验研究

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农业机械学报 2024年

作者：王得伟王旭峰尤泳王天一惠云婷王德成中国农业大学工学院塔里木大学机械电气化工程学院

为确定南疆枣园切根抚育的作业工艺，测定了枣园土壤的含水率、坚实度、孔隙度、容重、粒径分布等物理参数，统计了枣园待切根区的根系聚集深度、土壤含根量等，确定了切根区位置为距树干750mm和切根作业深度应在0～200 mm范围内可调的... 详细信息

为确定南疆枣园切根抚育的作业工艺，测定了枣园土壤的含水率、坚实度、孔隙度、容重、粒径分布等物理参数，统计了枣园待切根区的根系聚集深度、土壤含根量等，确定了切根区位置为距树干750mm和切根作业深度应在0～200 mm范围内可调的农业技术要求。研究结果表明，根土复合体具有各向异性，取样角θ为0°、45°、90°时，根土复合体抗剪强度T关系为T0°＜T45°＜T90°。为分析根土复合体产生各向异性现象的原因，采用扫描电镜（SEM）获取了根土复合体在不同取样方向上的微观结构图像，通过PCAS软件处理并获取了根土复合体微观结构参数。将根土复合体的宏观图像、微观图像、微观结构参数、抗剪强度参数结合，定性和定量分析了根土复合体产生各向异性的原因及规律，得到微观结构参数与抗剪切强度相关性由强到弱依次为孔隙概率熵Hm、孔隙形态分维数D、颗粒形状系数F、孔隙形状系数F、颗粒概率熵Hm、颗粒形态分维数D。根据研究结果提出根土复合体抗剪强度测定时，环刀应垂直于耕作过程产生的实际剪切发生面方向取样。本研究可为枣园切根抚育机具设计和研发提供理论依据，为土壤耕作类部件优化设计、耕作类部件与土壤相互作用关系等研究提供参考。

关键词：枣园切根根土复合体环刀取样各向异性微观结构参数

弹性飞行器飞行动力学建模与刚柔耦合阶次分析

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宇航学报 2024年第2期45卷 240-249页

作者：安阳王天舒清华大学航天航空学院北京100084

基于虚功率原理与混合坐标法,建立了弹性飞行器的飞行动力学模型。发现了附加在弹性结构上的部件会对飞行器姿轨运动与结构振动产生影响,从而给出了耦合系数与模态质量的修正项。定义了描述弹性变形项保留程度的刚柔耦合阶次,并以由弹... 详细信息

基于虚功率原理与混合坐标法,建立了弹性飞行器的飞行动力学模型。发现了附加在弹性结构上的部件会对飞行器姿轨运动与结构振动产生影响,从而给出了耦合系数与模态质量的修正项。定义了描述弹性变形项保留程度的刚柔耦合阶次,并以由弹性本体和刚体舵面组成的刚柔耦合多体系统为例,通过对比不同刚柔耦合阶次下动力学模型的时域响应与保守系统的动量计算结果,分析了动力学模型及动量公式中弹性变形项的保留阶次对动力学响应及动量计算精度的影响。揭示了传统模型忽略弹性变形高阶项可能导致的误差水平,为弹性飞行器动力学模型的简化与验证提供了参考。

关键词：弹性飞行器耦合动力学刚柔耦合阶次虚功率原理混合坐标法

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麻公鸡慢羽亚型羽毛生长发育的研究

中国畜牧杂志 2024年

作者：陈小甜李庆山叶菲陈善婷王天雨李华广东省动物分子设计与精准育种重点实验室广东天农食品集团股份有限公司

试验旨在研究慢羽公鸡各亚型主翼羽、覆主翼羽及尾羽早期生长规律，为实施智能化的图像识别和精准表型选育提供科学依据。将纯合清远麻公鸡（Ho）与杂合商品代天农麻公鸡（He）的慢羽分为微长型（L1和L3）、等长型（L2）、倒长型（L4）... 详细信息

试验旨在研究慢羽公鸡各亚型主翼羽、覆主翼羽及尾羽早期生长规律，为实施智能化的图像识别和精准表型选育提供科学依据。将纯合清远麻公鸡（Ho）与杂合商品代天农麻公鸡（He）的慢羽分为微长型（L1和L3）、等长型（L2）、倒长型（L4）和未出型（L5和L6），测定其1～7日龄第3根主翼羽（PF3）和第3根覆主翼羽（PC3）的长度，以及14～77日龄尾羽（TF）的长度。结果显示：Ho和He相比，1～7日龄PF3生长速度Ho慢于He，其中L2在1日龄和7日龄时差异显著，L3在1、3日龄和5～7日龄时差异显著，L4在1～7日龄时差异显著，L5在5～7日龄时差异显著，L6在7日龄时差异显著，生长规律均依次为L1＞L2＞L3＞L4＞L5＞L6。对于PC3，1～7日龄Ho的生长速度也慢于He，L2、L3和L4在1日龄时差异显著，L6在6～7日龄时差异显著。在尾羽生长方面，Ho尾羽生长速度同样比He慢，L3在14～77日龄时差异显著。结果表明：根据主翼羽和覆主翼羽的相对长度，可在1日龄准确鉴定Ho和He慢羽公鸡各亚型，慢羽公鸡初生翼羽生长和尾羽生长存在紧密联系。

关键词：公鸡慢羽等位基因K 翼羽尾羽

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乘用车主动前轮转向系统的控制研究

机械制造与自动化 2019年第2期48卷 123-126页

作者：王天婷杨标宋志鹏田杰南京林业大学汽车与交通工程学院江苏南京210037

在电动助力转向系统的基础上设计了一种全新的主动前轮转向系统,不仅可以实现转向系统的变传动比,而且还可以弥补转向干预时方向盘力矩的突变。建立了整车动力学模型以及转向盘反力矩模型,设计了模型参考变结构滑模控制器以及转向干预... 详细信息

在电动助力转向系统的基础上设计了一种全新的主动前轮转向系统,不仅可以实现转向系统的变传动比,而且还可以弥补转向干预时方向盘力矩的突变。建立了整车动力学模型以及转向盘反力矩模型,设计了模型参考变结构滑模控制器以及转向干预时的力矩补偿控制策略。仿真结果表明,基于主动前轮转向的模型参考变结构滑模控制器能够较好地实现实际车辆对理想车辆的跟踪,可以有效地避免行车过程中人为因素造成的不必要的事故;此外基于电动助力转向系统的力矩补偿控制能较好地改善转向盘反力矩突变导致的驾驶员不适应。

关键词：乘用车主动前轮转向变传动比模型参考变结构滑模控制力矩补偿控制