碳烟截面法基于包含相同体积碳烟颗粒的截面的描述,支持基于体积的颗粒尺寸离散化以及碳烟数密度和质量守恒。
在截面模型中传输指定数量的截面。对于每个截面,求解碳烟质量分数传输方程,该方程如下:
(3715) 其中
为碳烟施密特数,并且:
(3716) 其中,
为截面索引,
为给定电池单元的截面
中的碳烟质量,
为电池单元的气体质量。
为碳烟颗粒的密度,用于确定
Eqn. (3750) 中的碳烟质量密度
。
碳烟源项
由如下方程给出:
(3717) 其中,
为成核,
为冷凝,
为表面增长,
为氧化,
表示凝结源项。
为了计算每个截面
中的碳烟质量,该模型描述从气相到固态互作用的所有形成和氧化阶段。
截面 1 的最小体积
和最大体积
由如下等式给出:
(3718) 和:
(3719) 其中,
为多环碳氢化合物 (PAH) 体积,
为两个碳原子的体积。
最大体积
、平均体积
和最小体积
(截面
)由以下等式给出:
(3720) (3721) (3722) 其中,
和
分别为所有截面中的绝对最小体积和绝对最大体积,
为最后一个截面的项数。
(3723) 假设每个截面内具有恒定体积分布,从而给出碳烟体积分布
(在截面
内):
(3724) 尺寸重新划分
(截面
)和总体积分数
由以下等式给出:
(3725) (3726)
- 成核
- 假设两个 PAH 分子碰撞形成碳烟颗粒,并且第一个碳烟颗粒的体积可以表示为:
(3732) 其中,
为 PAH 分子的碰撞频率,
为 PAH 分子数量。成核源项仅应用于第一个截面。可以使用三个可用的成核选项中的任意一个。
- 冷凝
- PAH 分子冷凝所导致的截面
中的体积变化可以表示为:
(3733) (3734)
- 计算冷凝源需要 PAH 浓度。它通过求解以下二次方程来计算:
(3735) 截面
的净冷凝率由相邻截面的颗粒冷凝平衡产生。(3736)
为烟气颗粒离开截面的速率,而
为碳烟颗粒进入截面
的速率。
(3737) (3738) 每个截面的冷凝源项可以写为:(3739) (3740) (3741)
- 表面增长和氧化
- 碳烟表面增长取决于碳烟表面反应机制:HACA(脱氢加碳)或 HACA-RC(脱氢加碳闭环)机制。截面
中的碳烟体积变化可以表示为:
(3742) (3743)
-
和
为表面增长和氧化率,具体取决于 HACA 或 HACA-RC 动能。常数
是随碳烟颗粒直径变化的表面分形维度。为小于 20nm 的颗粒设置较低的分形维度值,为大于 60nm 的颗粒设置较高的值,且在这些值之间,分形维度会线性演变。
- 根据类似于 Eqn. (3737) 和 Eqn. (3738) 等式,每个截面的净面增长和氧化由以下等式给出:
(3744) (3745) (3746)
- 且
-
(3747)
(3748)
- 凝结
- 每个截面的凝固源公式由以下等式给出:
(3749)
-
为颗粒尺寸
的数密度,
为凝结的碰撞频率,它是颗粒尺寸、温度和压力的函数。
- Soot Mass Density(碳烟质量密度)
-
(3750)
- 碳烟体积分数
-
(3751)
- Soot Mean Diameter(碳烟平均直径)
-
(3752)
- Soot Number Density(碳烟数密度)
-
(3753)
- 颗粒尺寸分布函数
- 截面
(其中
)的颗粒尺寸分布函数,由以下等式给出:
(3754)