Fe-MOFs催化柴油/正己醇混合燃料的喷雾燃烧特性及碳烟减排机制研究

本文创新性地将铁基金属有机框架(Fe-MOFs)作为添加剂应用于柴油/正己醇(D80H20)混合燃料，通过光学诊断技术系统研究了20-60ppm浓度梯度下燃料的喷雾特性、燃烧动力学及排放规律。研究发现40ppm Fe-MOFs(D80H20Fe40)能通过形成Fe-O配位键改善燃料雾化，催化燃烧反应使碳烟排放降低95.53%，并建立BO-GPR(R2>0.98)预测模型，为清洁燃料开发提供新策略。

　　

Highlight亮点

• 创新性采用Fe-MOFs添加剂显著提升醇基燃料的喷雾雾化能力和燃烧特性

• 通过对比D80H20Fe20/40/60三种混合燃料，确定40ppm为最优催化浓度

• 基于贝叶斯优化(BO)算法构建BO-GPR模型，实现排放参数高精度预测(R²>0.98)

Data prediction and results数据预测与结果

通过实验数据分析发现，多个火焰参数共同影响KL因子（碳烟浓度指标）。传统方法需大量实验筛选最优参数组合，而本研究采用机器学习方法突破此局限。通过贝叶斯优化(BO)算法调参的高斯过程回归(GPR)模型，成功预测火焰抬升长度(FLOL)、火焰亮度、火焰面积和温度等关键参数。模型对三种燃料的预测R²分别达0.993、0.983和0.996，显著优于常规六种对照模型。

Conclusions结论

本研究揭示了Fe-MOFs催化柴油/正己醇混合燃料的核心机制：

(a) 40ppm Fe-MOFs(D80H20Fe40)在80-140MPa喷射压力范围内表现最优，具有最小喷雾锥角(SDA)、最短火焰抬升长度(FLOL)和最高火焰温度

(b) Fe-MOFs通过表面配位作用增强燃料吸附，提升液滴表面张力从而改善雾化效果

(c) 铁活性中心催化碳烟氧化反应，使活化能降低，最终实现95.53%的碳烟减排

Environmental Implication环境意义

本研究证实Fe-MOFs改性醇基燃料可同步实现化石燃料替代与污染物减排。通过优化添加剂浓度(20-60ppm)和机器学习建模，为内燃机碳烟排放控制提供了"催化燃烧+智能预测"的双重解决方案，对推动交通领域碳中和具有重要实践价值。