1. 研究目的与意义（文献综述）

随着社会的发展，内燃机在社会生产和生活中都占据着重要位置。其中柴油机在我国的生产中扮演着主力位置。多数的工程机械和轮船都使用着柴油机。柴油机有着经济性较好，动力性好等特点。但是柴油机有nox排放和碳烟颗粒排放过多的缺点。碳烟颗粒物是大气污染物之一，且内燃机产生的颗粒物体积狭小对人体也有较大危害。现如今碳烟颗粒仍然是研究重点，它的生成机理，微观特性仍然有很多不明之处，仍需要不断去研究。

刘春鹏，高展，朱磊^【1】等研究了乙醇对丁酸甲酷扩散火焰碳烟颗粒形貌演变及微观结构的影响进行了研究，研究结果表明：在掺混乙醇可以使火焰中的碳烟颗粒基本粒径减小，抑制了碳烟的表面生长;掺混乙醇使得颗粒物的id /ig值增大，说明掺混乙醇会使碳烟颗粒结构更加无序化，即石墨化程度更低，更有利于被氧化。陈男^【2】对燃烧过程中碳烟微粒三维形貌及力学特性进行了相关研究。王磊^【3】基于全气缸取样系统，采用场发射透射电子显微镜、拉曼光谱、电子能量损失谱等测试技术和分析手段对燃用正庚烷过程中柴油机缸内微粒的微观形貌及结构进行了研究。颜方沁^【4】分别基于非增压单缸柴油机和电控高压共轨涡轮增压多缸柴油机，进行不同运行工况下尾气中碳烟颗粒采样、透射电镜观测和形貌结构分析。研究了尾气中碳烟的形貌分布特性，比较了尾气碳烟颗粒与喷雾火焰碳烟颗粒的主要形貌结构差异，探究不同燃料、不同运行工况对柴油机尾气中碳烟微观形貌与结构特性的影响。郝斌^【5】对燃油成分特性和柴油机工况条件对颗粒物物理化学特性、氧化活性影响。研究结果表明：柴油机排放颗粒物的微观形貌呈现出由多个接近球形的基本碳粒子组成的不规则形状。碳烟微粒的氧化活性受油品特性、发动机运行条件、碳烟微粒微观物理化学特性等因素的影响。李娜，宋崇林，刘野^【6】等基于甲烷/氧气预混火焰燃烧系统及毛细管取样装置和热泳取样装置，结合高分辨率透射电子显微镜(hbtem)、拉曼光谱仪(rs)及热重分析仪(tga)，研究了燃空当量比对碳烟的微观结构及氧化活性的影响规律，并对微晶长度、石墨化程度与表观活化能之间的关联性进行了分析。黄震，李新令，吕田^【7】等选取了多种理化特性不同的适用于压燃式发动机的燃料，采用smps ,hrtem, tga、热光碳分析仪和gc-ms等测试仪器，系统研究了燃料特性，如硫含量、芳烃含量、氧含量及其他物性参数等对排放颗粒物理化特性的影响。颜方沁，成晓北，黄荣华^【8】等在定容燃烧弹内，实现纯柴油与体积比为30%的丁醇柴油燃料的喷雾燃烧，研究掺混丁醇对喷雾火焰和碳烟生成的影响。王忠，赵怀北，孙波^【9】等探讨柴油机颗粒在排气管内部输运过程中颗粒碳结构与氧化特性的演变规律。结果表明：在排气输运过程中，颗粒中基本碳粒子的微晶排列有序程度降低，内核与外核边界趋于模糊，颗粒的微晶尺寸减小，层面间距和弯曲度的平均值增大;颗粒的i_d2/i_d值减小了约12.9 % ，i_d1/i_g值增大了约38.3%，说明颗粒输运过程中，排气颗粒的石墨化程度降低；颗粒的反应表观活化能由157. 3 kj / mol减小到127.9kj/mol。颗粒的着火温度由546 ℃降低至501 ℃ ,燃烧特性指数由8. 16 x 10^-9增加到1. 62 x 10^-8，燃尽指数由0. 010 97增加到0. 012 56，表明颗粒物热解活化能降低，颗粒更易氧化。苏鹏，熊云，刘晓^【10】等对柴油发动机碳烟的表征及摩擦学特性研究.结果表明：碳烟颗粒由c, o两种元素构成，平均粒径为34 nm，外壳包裹着一几层石墨片层的洋葱头结构。碳烟质量分数在3%以内可以改善柴油机油减摩性能，对其抗磨性影响小；当碳烟质量分数超过3%时会引起摩擦系数升高和磨损加剧。张斌^【11】研究了生物质燃油碳烟微观形貌、结构与组分的基础上，并初步尝试了加入添加剂的方法改变燃油组分以期达到改变生物质燃油碳烟的特性，为生物质燃油在柴油机上的应用提供了一些基础数据。马鹏^【12】基于一台国iv排放标准的高压共轨柴油机实验研究了后喷参数对柴油机颗粒物微观形貌及纳观结构影响。behzad rohani， choongsik bae等^【13】研究了柴油喷雾火焰中产生的烟尘颗粒的形态和纳米结构是如何由于活塞运动引起的温度/压力升高而演变的。 felix sebastian hirner^【14】等研究了生物柴油和柴油喷雾火焰在恒定容量燃烧室中的颗粒物的纳米表征。 behzad rohani^【15】等研究了废气再循环（egr）和多次喷射对柴油颗粒纳米结构和反应性的影响。

本次毕业设计的主要内容是对某柴油机的排放颗粒物进行采样，并初步掌握imagej分析软件对碳烟颗粒的微观性质进行分析计算，得出碳烟颗粒的层间距、微晶尺度等，研究碳烟颗粒的微观性质。

2. 研究的基本内容与方案

（1）基本内容：碳烟颗粒是柴油机的主要排放污染物，包含大量纳米级可吸入颗粒物和致癌的碳烟中间产物多环芳香烃(pahs)。不仅污染环境，而且对人体有较大危害。本次毕业设计的主要工作是对某柴油机的排放颗粒物进行采样，并初步掌握imagej分析软件对碳烟颗粒的微观性质进行分析计算，得出碳烟颗粒的分层间距等，微晶尺度研究碳烟颗粒的微观性质。

（2）目标：初步掌握和使用imagej分析软件对碳烟颗粒的微观性质分析计算，了解碳烟颗粒的结构以及影响碳烟生成的条件。

（3）技术方案及措施：本次毕业设计首先应用碳烟颗粒采样装置对柴油机排气管中的碳烟颗粒进行取样，利用高倍率场发射透射电镜对碳烟颗粒的形貌进行观测，再采用 imagej 软件对tem图片进行后处理，总结出运行工况对碳烟颗粒微观性质的影响规律。

3. 研究计划与安排

4. 参考文献（12篇以上）

4．阅读的参考文献不少于15篇（其中近五年外文文献不少于3篇）

[1] 刘春鹏，高展，朱磊等.乙醇对丁酸甲酷扩散火焰碳烟颗粒形貌演变及微观结构的影响[j]. 内燃机与动力装置,2018，35（2）：9-14

[2] 陈男.燃烧过程中碳烟微粒三维形貌及力学特性的研究[d]. 天津大学 博士学位论文 ，2015.