内燃机排放与污染控制

危害： 地球表面气温升高，各地降水和干湿状况也会发生变化。 现在温带的农业发达地区，由于气温升高，蒸发加强，气候会变得干旱，农业区 会退化成草原；干旱区会变得更干旱，土地沙漠化，使农业减产。
自然灾害将加重，森林破坏,物种加速灭绝，严重威胁人类的生存和地球环境。
温室效应： 二、温室效应： (影响)
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原来是一片温带草原，现在是这样……
平流层和臭氧层 ：
对流层顶上直至大约50km高度之间称为平流层，该层几乎没有 水汽，因此空气比较干燥。平流层内臭氧量增加，在15～25km 臭氧浓度达到最大值，称为臭氧层。臭氧层能吸收绝大部分太 阳紫外线，阻挡了强紫外线辐射到地面，使地面生物和人类免 受紫外线伤害。 离地表50～85km区域称为大气的中间层。该层内又出现比较强的垂直对流作用。 中间层之上界可达800km以上的大气层称为热成层。在太阳辐射的作用下，大部分气体分子发生电离， 是电离层的主要分布层。电离层能反射无线电波，其变化对全球的无线通讯有重大意义。
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同时，也给我们的生活带来了这样的变化 目 前 全 球 环 境 问 题 的 表 现 森林植物破坏，水土严重流失，沙漠化扩大
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同时，也给我们的生活带来了这样的变化 目 前 全 球 环 境 问 题 的 表 现 水污染加剧
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同时，也给我们的生活带来了这样的变化 目 前 全 球 环 境 问 题 的 表 现 垃圾成灾
碳基粒子吸附未燃碳氢化合物， 碳基粒子吸附未燃碳氢化合物，形成排气微粒物质 燃料中含硫燃烧后会排放SO2和SO3， 燃料中含硫燃烧后会排放SO2和SO3，含铅燃料燃烧后会排放铅化物 SO2
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一氧化碳的危害： 一、一氧化碳的危害：
§1.2 内燃机排放的污染物及其危害性
CO是无色无味的气体，它和血液中输送氧的载体血红蛋白的亲和力是氧的200-250倍。 CO与血红蛋白结合成羰基血红蛋白，就损害了血红蛋白对人体组织的供氧能力（下表） 空气中CO的体积分数超过0.1％就会导致人体中毒；超过0.3％可在30min内使人致命。
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同时，也给我们的生活带来了这样的变化 目 前 全 球 环 境 问 题 的 表 现 大气污染日益严重，温室效应加剧，大气臭氧层破坏，珍稀物种 加速灭绝，自然灾害频繁发生。
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2006山西临汾风调雨顺
然而庄稼却 大面积减产
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来自山西临汾的照片
“太阳是什么样的？” 太阳是什么样的？ 太阳是什么样的 圆的。 “圆的。” “月亮是什么样的？” 月亮是什么样的？ 弯的。 “弯的。” 那星星呢？ “那星星呢？” 不知道……” “不知道
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1952年的洛杉矶光化学烟雾事件 年的洛杉矶光化学烟雾事件
在这次烟雾事件中，很多人眼睛红肿，呼吸困难， 蔬菜发黄，不能食用，橡胶制品失去弹性甚至龟裂
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1970年的日本东京的光化学烟雾事件 年的日本东京的光化学烟雾事件
这次烟雾事件使两万人患眼痛病
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§1.2 内燃机排放的污染物及其危害性
这是居住在山西 省临汾市城区一位郑 姓市民与上幼儿园女 儿之间的一段对话。 儿之间的一段对话。
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结果： 生态平衡遭破坏，环境严重恶化，将严重危害人体健康，发展下去最终将使自 然界失去供养人类生存的能力。 因此环境问题己成为国际性热点问题，引起人们的严重关注。
农 业
河流湖泊
森 林
人体健康 金 属
出现CO，UHC（未燃碳氢） 出现CO，UHC（未燃碳氢） CO
内燃机燃烧过程的最高温度达到2000℃以上 内燃机燃烧过程的最高温度达到2000℃以上 2000℃
助燃空气中的氮氧化生成NOx（NO＋NO2） 助燃空气中的氮氧化生成NOx（NO＋NO2） NOx
压燃式内燃机燃油喷射造成燃料与空气混合不均，高温缺氧的燃油裂解、脱氢后， 压燃式内燃机燃油喷射造成燃料与空气混合不均，高温缺氧的燃油裂解、脱氢后，生成碳基粒子
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二、温室效应： 温室效应： (影响)
影响程度：
§1.1
大气污染
致暖势是评定温室气体对气候影响的指标，是温室气体对气候变化影响和CO2对气候变化影响的比值
CO2分担率为55％，是最重要的温室气体。CH4的温室效应比CO2大32倍，但它的寿命较 短，在大气中的滞留时间为11年。氟氯烃(氟里昂、CFCs)是人工合成的化学品，广泛用 作空调、发泡剂、溶剂，起温室作用的主要是CFC—11和CFC—12，在大气中浓度较低， 但增长极快，致暖势高达14000和17000，且寿命长，若不加控制的话，发展下去会成为 第二大的温室气体。
（a）
在没有HC条件下，上述三个反应趋于平衡状态，O3浓度低，但存在HC时，它 和O、O2、O3产生中间产物过氧烷基RO2，RO2和（a）式的NO以很快的反应速 度进行反应： 因而抑制了消除O3的反应（a），来不及消耗O3，因此使反应系统中O3浓度增加 此外，有反应生成酰基根RCO，从而产生过氧酰基硝酸盐（RCO3NO2）
课下查阅资料《京都议定书》 课下查阅资料《京都议定书》？
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三、光化学反应和光化烟雾： 光化学反应和光化烟雾：
§1.1
大气污染
内燃机等排放到大气中一定浓度的HC和NOx，在强烈的阳光照射的诱发下产生 以O3和过氧酰基硝酸酯(PAN)为主组成的光化学烟雾。 光化学反应是一个十分复杂的过程。美国通用汽车公司卡普兰在试验室中模拟 了光化学烟雾生成，提出了光化学烟雾的生成机理：
图为这张拍摄于2002年2月17日的卫星照片显示了一块估计重达50亿吨的冰 雪区域从南极大陆解体，分散成数以千计的冰山的情景。这是全球气候变暖的一 个惊人结果。尽管英国南极考察队的科学家早在4年前就预测到这块面积为3250 平方公里、200米厚的冰雪区域将解体，但是没有料到它会解体得如此之快.
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南昌大学机电学院 逸散层是大气圈的最外层，离地表800km以上。大气向上越来越稀薄，地心引力减弱。
大气成分： 一、大气成分：
大气的组成： 大气的组成：
无毒， 氮——无毒，被土壤中细菌固定参与生物代谢过程。 无毒 被土壤中细菌固定参与生物代谢过程。 过多有害呼吸 需要氧的生物生存必需。 氧——需要氧的生物生存必需。 需要氧的生物生存必需 过多有毒 二氧化碳——无毒，参与植物叶绿素的光合作用。过多引起窒息 无毒，参与植物叶绿素的光合作用。 二氧化碳 无毒 水蒸气——生物必需的大气成分。 生物必需的大气成分。 水蒸气 生物必需的大气成分 超过饱和蒸汽压力，凝结形成云、雨 超过饱和蒸汽压力，凝结形成云、 臭氧（平流层） 臭氧（平流层）——光合作用产生的氧分子与氧原子发生反应生成 光合作用产生的氧分子与氧原子发生反应生成 臭氧（对流层） 低浓度可杀菌， 臭氧（对流层）——低浓度可杀菌，高浓度对人体有害。 低浓度可杀菌 高浓度对人体有害。 排放物生成的二次污染物。 排放物生成的二次污染物。
浓度过高有害
大气污染的定义： 大气污染的定义： 大气是人类生存的不可缺少的最基本条件，但由于人类活动和自 然过程引起的某些物质介入到大气中，使大气中固有的正常成分 正常成分 中增加了新的有害成分 有害成分，积累到足够的浓度，达到足够的时间， 有害成分 从而对人类活动、动植物以及环境造成危害。 南昌大学机电学院
CO2产生温室效应 如何降低CO2排放？ 如何降低
燃料燃烧效率 热功转换效率 机械效率
本课程不讨论
进一步提高内燃机的效率
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§1.2 内燃机排放的污染物及其危害性
实际情况： 实际情况：内燃机燃烧的碳氢化合物燃料不能完全燃烧
内燃机燃烧过程只有1 10ms数量级，可燃混合气混合不均，温度变化不均， 内燃机燃烧过程只有1－10ms数量级，可燃混合气混合不均，温度变化不均，燃料燃烧不充分 数量级
二、温室效应： 温室效应： (定义)
§1.1
大气污染
瑞典科学家斯万提.阿累纽斯在1986年曾发出警告：随着大气中气体增加将使地球温度变 暖。他预言如果大气中CO2含量增加一倍，地球表面温度将提高4-6℃。他首次提出“温 室效应”概念。 温室气体指的是大气中CO2、水蒸汽、CH4、N2O、氯氟烃(CFCs)和O3等气体。太阳射出 的短波辐射透过大气层射入地面使地表温度提高。与此同时，地球表面又能放出长波辐射 (红外线)，它大部分被这些温室气体所吸收，有少量会逸出到宇宙空间，吸收的热能大部 分反射到地面，使地球表面能维持在15℃左右的平均温度(若没有这部分辐射回来的热能 地球表面温度将为—18℃左右)，当这部分温室气体数量不变化时，地球犹如有一个玻璃 球罩在上空，维持在一个平衡温度上，但当温室气体数量增加时就打破了这个平衡，地球 将变暖，这就是温室效应。
大气成分： 一、大气成分：
大气的定义： 大气的定义：
大气是指包围地球外围的空气层，总质量大约为5.3×1015t，仅是地球总量的百万分之一。 由于受重力的作用，大气从地面到高空逐渐稀薄，大气质量主要集中在下部。
大气的结构： 大气的结构：
根据大气垂直方向上的热状况和运动状况，分为5层，见图
对流层：
对流层是大气中最低的一层，底界为地面。从地面获得热量，使 得大气温度随高度的增加而降低，通常每升高100m大气温度降 低0.65℃。对流层内具有强烈的对流作用，云、雾、雨、雪等主 要大气现象都发生在这一层，这里的空气地比较潮湿。 对流层对人类生产、生活和生态平衡影响最大。大气污染现象也 主要发生在这一层，特别是近地面的大气边界层。
1908年 年
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1968年 年
文 物 、 建 筑 物
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天空还会是蓝的吗？ 天空还会是蓝的吗？
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我 们 只 有 一 个 地 球
地 球 是 我 家 ， 保 护 靠 大 家
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一、大气成分： 大气成分：
某 城 市 的 交 通 状 况
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§1.2 内燃机排放的污染物及其危害性
内燃机燃烧的碳氢化合物燃料以过量空气完全燃烧时
C c H h Oo + φ a (c + 0.25h − 0.5o )(O2 + 3.773N 2 ) = cCO2 + 0.5hH 2 O + (φ a − 1)(c + 0.25h − 0.5o )O2 + 3.773φ a (c + 0.25h − 0.5o )N 2
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危害：
温室效应： 二、温室效应： (影响)
科学家预测：如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展，到2050年全球温度将 科学家预测：如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展，到2050年全球温度将 上升2 上升2－4摄氏度，南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面大大上升，一些岛屿国家和沿 摄氏度，南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面大大上升，一些岛屿国家和沿 海城市将淹于水中，其中包括几个著名的国际大城市：纽约，上海，东京和悉尼。 海城市将淹于水中，其中包括几个著名的国际大城市：纽约，上海，东京和悉尼。
CO的毒性与时间和浓度的关系 的毒性与时间和浓度的关系
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碳氢化合物的危害： 二、碳氢化合物的危害：
HC包括未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其 裂解和部分氧化产物。 烷烃无味，对人体健康无直接影响。烯烃略带 甜昧，有麻醉作用，对粘膜有刺激，与氮氧化 物在阳光紫外线作用下形成有毒的“光化烟雾 ”。芳香烃对血液和神经系统有害，多环芳香 烃及其衍生物有致癌作用； 一般认为光化学烟雾形成是参加反应的物质在 日光照射下产生以臭氧为主的过氧化物。这种 光化学烟雾刺激眼睛并影响神经系统。
§1.1
大气污染
环境问题——当今世界严重的社会问题 当今世界严重的社会问题 环境问题 在诸多的环境问题中，大气污染是一个十分严重的问题。 在诸多的环境问题中，大气污染是一个十分严重的问题。 内燃机燃烧后排出的废气严重污染了大气环境。 本课程讨论：内燃机的使用对大气环境 大气环境的影响。 大气环境
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内燃机的排放与控制
概述 污染物的生成机理和影响因素 内燃机的排放特性 点燃式和压燃式内燃机低排放设计 排气后处理 低排放燃料 排放测量 排放法规
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第一章 概述
大气污染 内燃机排放的污染物及其危害性 内燃机排放的评价指标
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化学给我们的生活带来了这样的变化
§1.1
大气污染