汽车尾气中甲醛（HCHO）氧化降解一直是学术界最关注的话题。然而，尾气中水蒸气（H2O）存在很大程度影响HCHO氧化过程，但其影响机制并未明确。基于密度泛函理论，本文研究了H2O对镁铝水滑石复合金属氧化物（MgAl-CMO）表面催化氧化HCHO的影响。结果表明，H2O吸附在MgAl-CMO表面，并跨过极低的反应能垒（0.015eV）后分解为OH和H自由基，并释放0.073eV的能量。H2O降低了HCHO在MgAl-CMO的吸附能，并活化HCHO中的C—O化学键。H2O不仅使HCHO催化氧化过程限速步能垒从3.47eV大幅下降到0.57eV，而且还使限速步的反应热从2.36eV下降到0.48eV。H2O使HCHO在MgAl-CMO表面更容易发生。本文的研究结果对于汽车高湿排气中催化剂的开发具有很好的理论参考意义。

鉴于插电式混合动力汽车数量日益增加和内燃机启停频繁，汽车氨排放可能对城市空气质量控制构成新的挑战。为了更好地了解能量模式（燃油或电力优先）、电池荷电状态（电量维持或耗尽）以及动力架构的影响，对两款串联式混合动力汽车和一款串并联式混合动力汽车进行了9次实际道路排放测试。三辆测试车的氨排放量范围分别为2.67 ~ 6.26 mg/km、10.86 ~ 56.87 mg/km和0.85 ~ 5.13 mg/km。与传统车辆类似，混合动力车的氨排放在催化剂达到起燃温度后生成。频繁的内燃机重启，以及与汽车剧烈加速相对应的内燃机负荷的快速增加，造成了大多数氨排放峰值。在试验中，燃料优先模式和保持电荷状态比电力优先和耗尽电荷状态显著增加氨排放。此外，大量的氨排放峰值与所有测试车辆在高行驶速度下的内燃机启动有关，因为内燃机高负荷要求伴随着的浓混合气和达到起燃温度的催化剂，为氨排放的产生创造了有利条件。

交通运输业是温室气体CO2的第二大排放源，其中，海洋运输排放占比达11.7%，以液化天然气（LNG）作为船舶动力的新型低碳燃料可降低20%-25%的CO2排放，进一步耦合碳捕集技术的LNG船可望实现近零排放，被认为是具有应用前景的减排技术。低温碳捕集技术因其具有无附加污染、可充分利用冷能等优势，在LNG船碳减排领域展现出显著潜力。尽管如此，当前LNG船低温碳捕集技术研究有限，特别是在耦合系统设计及综合评价方面缺少理论分析，存在碳捕集系统海水/LNG双冷源条件变动下性能规律尚不清晰的研究缺陷。为此，本研究首先提出LNG船排气碳捕集-蒸发气再液化的耦合系统，重点分析不同海水冷却温度及低温凝华温度对耦合系统性能的影响规律，建立4C评价方法，综合考察系统能耗、捕集率、经济性及冷能利用率性能，通过内部状态参数优化实现双冷源条件最优匹配。研究表明，海水冷源与天然气冷源工况均对捕集率、捕集能耗产生显著影响，CO2凝华相变终温对捕集率的影响更显著，存在最优相变终温；捕集能耗随海水冷却温度升高而单调下降，随凝华相变终温呈现先维持稳定后下降的趋势；系统最低能量损失率为9.0%，最高捕集率为59.1%，且二者存在目标冲突。当海水冷源20℃、凝华相变终温172K时，可获得系统最佳冷能消耗率。

针对NH3-H2燃烧过程中NH3-H2裂解，多源NOX解耦及其温度依赖性研究尚不完善的问题，本研究基于燃烧弹及纹影测试平台，燃烧器及高速摄影/激光Raman散射（SRS）联合测试平台并结合化学动力学模型，综合探究了高温高压及高温常压下氨燃烧的火焰形态，火焰结构及其化学反应动力学机制。研究结果表明，H2助燃对NH3-H2裂解及H/H2直接反应放热强度促进作用大，且以上反应对层流火焰速度的提升效果明显大于C基的低温及高温放热反应。

为探究NH3与醚燃料燃烧中的氮化学机理，采用CCSD(T)/CBS//DFT方法和主方程分析，计算了二乙醚（CH3CH2OCH2CH3）与NH2、NO2及HCN反应的势能面和不同压力下的速率常数。二乙醚与NH2和NO2发生氢提取反应，二乙醚自由基与HCN组合发生异构化和解离反应。结果表明，二乙醚与NH2的氢提取能垒低于NO2，且位点2为优先反应位点，促进了HCN加成。二乙醚自由基与HCN的低温反应机理由初始加合物形成和异构化主导。压力影响C-C键连接的HCN加成通道，且负温度系数（NTC）效应随压力增大而延迟；而C-N键连接的HCN加成通道不存在NTC。本研究提出了HCN与直链分子自由基反应生成含氮多环芳烃的新路径。

为了实现柴油机超低氮氧化物排放，建议采用点火选择性催化剂还原(LO-SCR)技术，以降低排气温度，提高柴油机性能。在尾气后处理系统上游安装电加热器，可显著降低低排气温度下的NOx排放。将7.2 kW电加热器与LO-SCR相结合，在世界统一瞬态循环(WHTC)的200~500 s内，NOx排放量从282.6 ppm降低到61.5 ppm，降低了45%。采用上游柴油氧化催化剂(DOC)，在相同的间隔时间内，NOx排放量降低63%，但代价是冷启动性能变差。尿素输入量也进行了调整，以避免在WHTC的后期排放氮氧化物。

净化柴油机尾气颗粒物（PM）的DPF采用主动再生净化手段时，一方面尾气流动的不均匀性会导致主动再生过程中局部温度过高，从而对载体产生破坏；另一方面内部温度场变化剧烈，可能存在载体高温损坏风险。该研究基于试验，对DPF载体的气体流动均匀性和主动再生DTI工况下的温度特性进行了探讨。研究发现碳化硅载体表现出良好的流动均匀性，再生时出口端同半径测点温度偏差不超过2%。DTI试验中，在靠近出口端的位置，中环以内温度偏高，会出现最大的温度峰值，在中环到边缘处出现最大的径向温度梯度。并且都随着碳载量的增加而增大，载体烧裂的风险将会更大。最后，实验证明碳化硅DPF极限碳载量可拓展至11g/L,相比堇青石DPF在累积到5g/L左右的碳载量时就需要进行再生，碳化硅DPF极限碳载量提升可减少主动再生频率约40%，可减少再生油耗提高燃油经济性。

目前，柴油机颗粒物捕集器（简称DPF）被公认为能够有效降低颗粒物排放的后处理装置之一。为了得到孔隙尺度下的多孔介质壁面不同位置的流动参数，作者运用格子Boltzmann方法开展了研究计算。首先对真实多孔介质壁面进行CT扫描，再利用三维重建技术得到孔隙尺度下的多孔介质壁面不同位置的三维模型。将此模型加载至格子Boltzmann编程中，而后进行了网格无关性验证并且通过计算得到的渗透率与实际渗透率做比对，从而确保模型与编程的准确性。计算发现：同一块多孔介质的不同位置，其孔隙率和阻力系数会存在较大差异，这对于研究DPF的传热流动特性具有很好的指导意义。

通过实验与仿真相结合的方法，系统研究了喷射结构参数和工况参数对选择性催化还原（SCR）系统中尿素结晶风险的影响。通过在SCR混合段前后设置压力计和多组分排放分析仪，验证了仿真模型在压降及氨均匀性方面的准确性。研究结果表明，喷孔数目增加可降低结晶风险，单孔喷射角增大则使液膜分布上移，结晶风险增加；雾束锥角通过改变喷雾范围影响液滴分布，进而影响结晶风险。工况参数方面，排气温度和排气流量的升高可有效降低尿素结晶风险，而尿素喷射率的增加则显著提高了结晶风险。在优化喷射结构参数时，当喷孔数目为6、单孔喷射角约为24°、雾束锥角在30°到42°之间时，尿素结晶风险最小；同时，当喷孔数目为3、单孔喷射角约为24°、雾束锥角为36°时，氨均匀性最佳。本研究为优化SCR系统喷射结构和工况参数提供了理论依据，有助于降低尿素结晶风险，从而提升SCR系统的整体性能。

为进一步阐明不同润湿性表面对低界面张力柴油中表面活性剂吸附行为的影响，研究通过耗散型石英微晶天平等吸附分析技术，利用吸附动力学模型拟合等方法，对不同润湿性表面吸附过程中的流速、表面活性剂浓度以及的表面润湿性等影响因素进行分析。结果表明：①当表面活性剂浓度相同时，表面活性剂吸附量随着流速减小而增大，且速度越小，所需平衡时间越长；②当蠕动流速相同时，表面平衡吸附量随表面活性剂浓度的增加而升高；③滤材表面的增强树脂亲水性越强，对表面活性剂的平衡吸附量越大，但同时当表面过度亲水时，使得水滴极易在滤材表面铺展形成水膜，水珠不易脱附，最终导致油水分离性能下降。研究结果为低界面张力柴油中表面活性剂吸附行为和机制分析提供了基础性的支持。