柴油机排气颗粒物在线—筒式电晕放电装置下荷电凝并的试验研究

发布时间：2017-10-25 08:30

  本文关键词：柴油机排气颗粒物在线—筒式电晕放电装置下荷电凝并的试验研究

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【摘要】：现代柴油机油耗低、动力强,应用广泛,其排气颗粒物粒径小,比表面积大,在空气中不易沉降,容易吸附重金属元素和其他有害有机物,对环境造成了很大污染。颗粒物粒径越小越容易透过颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)等过滤拦截装置进入大气,控制柴油机微纳米颗粒物排放已是国际性的技术难题。荷电凝并技术作为促进微细颗粒物生长的一种手段,是国内外气溶胶领域的一个研究热点,但将其用于处理柴油机排气颗粒的研究较少。本文将荷电凝并技术运用于柴油机排气颗粒物的预处理。设计并搭建了柴油机排气颗粒物荷电试验平台,在电晕放电条件下对颗粒物在线取样并研究了其荷电性能。颗粒物通过线-筒式负高压电晕放电装置后被自制的法拉第杯收集,通过EST111型数字电荷仪检测其带电量,对有无放电条件下法拉第杯中收集的颗粒物进行扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)观察其微观形貌特征,研究了在不同荷电参数和不同柴油机工作状态下颗粒物的荷电效果。结果表明:柴油机排气颗粒物在电晕放电条件下能够明显的荷上电荷,在直流电压为-15k V,排气流速分别为0.12m/s、0.24m/s、0.36m/s、0.48m/s、0.60m/s时,法拉第杯中检测到颗粒物的荷电量随采样时间以及排气流速的增加而增加。在电晕放电条件下收集到颗粒物的荷质比随气流速度先增加后减小,并且在0.36m/s时达到最大值-118.2μC/g。收集到的颗粒物荷质比随电压的升高而增加,且增长速率随着电压的升高而提高。对比荷电前后法拉第杯中收集颗粒物的质量,部分带电颗粒物被线-筒式荷电装置接地极所捕获。无电晕放电下颗粒物的堆积形貌呈现团状或块状,电晕放电下呈现出链状分枝疏松结构。此外,设计了柴油机排气颗粒物凝并试验平台,进行了颗粒物荷电凝并试验研究。采用惯性冲击式采样器(Micro-Orifice Uniform Deposition Impactor,MOUDI)对荷电凝并前后颗粒物粒径进行分割对比。颗粒物粒径分布呈现类似单峰正态分布,并且粒径峰值位于0.56~1.0μm区间。柴油机转速为2700 r/min时,分别在100%、75%、50%和25%负荷工况下,相比荷电凝并前颗粒物,荷电凝并后颗粒物粒径分布向粒径增大方向发展,粒径在1.8μm以下颗粒物质量浓度分别减少了15.9%、17.1%、17.8%和16.8%;而粒径在1.8μm以上的颗粒物质量浓度分别增加了49.1%、42.3%、51.3%和44.3%;由此说明,荷电凝并技术用于增大柴油机排气颗粒物粒径切实可行。
【关键词】：柴油机 颗粒物 电晕放电 荷质比 粒径分布 凝并
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK421
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 柴油机排气颗粒物11-14
• 1.2.1 颗粒物组成11-12
• 1.2.2 颗粒物粒径分布12-14
• 1.2.3 颗粒物危害14
• 1.3 排放法规的发展14-15
• 1.4 柴油机排气后处理的常规技术路线及研究现状15-18
• 1.4.1 柴油机后处理常规技术路线15-17
• 1.4.2 柴油机颗粒物控制技术的研究现状17-18
• 1.5 荷电凝并技术控制柴油机排气颗粒物研究18-19
• 1.6 本文研究的主要内容19-21
• 第二章 颗粒物荷电及凝并理论21-30
• 2.1 电晕放电理论和特征21-23
• 2.1.1 电晕放电基本理论21-22
• 2.1.2 电晕放电的特征22-23
• 2.2 柴油机排气颗粒物荷电过程23-26
• 2.2.1 电场荷电23-24
• 2.2.2 扩散荷电24-26
• 2.2.3 综合荷电作用26
• 2.3 柴油机颗粒物凝并机理26-29
• 2.3.1 布朗凝并26-27
• 2.3.2 电凝并27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 柴油机排气颗粒物荷电性能试验研究30-44
• 3.1 排气颗粒物荷电试验台30-31
• 3.2 试验系统及装置31-35
• 3.2.1 试验台架系统31-32
• 3.2.2 高压电源32
• 3.2.3 线筒式放电装置32-33
• 3.2.4 颗粒物带电量检测装置系统33-35
• 3.3 试验步骤及方法35
• 3.4 试验结果与分析35-41
• 3.4.1 电晕放电前后荷电验证35-36
• 3.4.2 不同排气流速下颗粒物荷电特性的研究36-41
• 3.4.3 荷电电压对颗粒物荷电效果的影响41
• 3.5 颗粒物荷电前后SEM图像分析41-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第四章 柴油机颗粒物荷电凝并试验研究44-55
• 4.1 试验系统44-47
• 4.1.1 试验平台44-45
• 4.1.2 颗粒物凝并装置45-47
• 4.2 微孔均匀沉积式多级碰撞采样器及工作原理47-50
• 4.2.1 微孔均匀沉积式多级碰撞采样器47-48
• 4.2.2 碰撞采样器工作原理48-50
• 4.2.3 颗粒物粒径分级采样过程50
• 4.3 试验方法50-51
• 4.4 试验结果与分析51-54
• 4.4.1 荷电凝并装置关闭时颗粒物粒径分布规律51-52
• 4.4.2 荷电凝并装置开启时颗粒物粒径分布规律52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 全文总结与展望55-58
• 5.1 全文总结55-56
• 5.2 展望56-58
• 参考文献58-63
• 致谢63-64
• 攻读硕士学位期间科研成果64

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本文编号：1092903