基于荷电凝并装置的柴油机试验分析及耦合DPF的应用研究

发布时间：2017-08-03 15:22

  本文关键词：基于荷电凝并装置的柴油机试验分析及耦合DPF的应用研究

  更多相关文章： 柴油机 DPF 荷电凝并 粒径 微观形貌

【摘要】：柴油机微粒捕集器(DPF,Diesel Particulate Filter)是当前控制柴油机微粒排放效果最好的后处理技术之一,但是对于捕集微纳米颗粒物还存在一定缺陷。以控制柴油机微纳米颗粒物数量为目标的荷电凝并技术是一种促进颗粒物发生凝聚,并使颗粒物粒径生长的一种手段,是国内外气溶胶领域的研究热点,但在柴油机排气颗粒物控制领域应用较少,因此开展荷电凝并技术的工作机理及性能研究有较高的理论意义和应用价值。基于电晕放电基本理论与荷电凝并机理,制作了一套线筒式荷电凝并装置,搭建柴油机排气颗粒物荷电凝并系统试验台,通过惯性冲击式采样器(MOUDI)对荷电凝并前后的柴油机颗粒进行采样,分析颗粒物的荷电性能及凝并效果,并采用扫描电子显微镜(SEM)对荷电凝并前后的颗粒形貌进行观察分析。在荷电直流电压-15kV,排气流量35L/min时,颗粒物具有明显荷电效果。采用预荷电能有效地提高颗粒物的凝并效果,交流电压强度6kV时凝并效果达到最佳。柴油机三种转速下荷电凝并后的颗粒物粒径分布曲线明显右移,质量中位径均由0.78μm升高至1.4μm,粗粒子态颗粒物质量比率分别上升13.9%、15%和11.6%。SEM分析发现荷电凝并前后柴油机颗粒形貌存在明显差异,原机工况下颗粒形貌呈大面积块状分布,粒子结合紧密;荷电后为链状分支疏松结构,排列分散;凝并后的颗粒呈更为明显的大型团簇状分布,团聚体粒径增大。本文开展了荷电凝并装置耦合DPF的应用研究,分析DPF加装荷电凝并装置对柴油机经济性和排放性能的影响。通过透射电镜(TEM)对荷电凝并装置耦合DPF前后排气中的颗粒进行表征获取其微观形貌特性。运用图像处理方法,计算荷电凝并装置耦合DPF前后颗粒物的分形维数。研究结果表明,DPF加装荷电凝并装置后,持续运行3000s时压降下降0.3kPa,燃油消耗率降低约2%,高负荷时烟度下降明显,过滤效率提高3.1%。TEM分析表明,荷电凝并后,凝聚粒子重叠和堆积现象明显加重,结构更加紧密。再经过DPF后,颗粒呈小型团状分布,轮廓更加明显,石墨化程度提高。结合计盒维数算法,荷电凝并后,颗粒物分形维数上升,颗粒堆积加重,不规则程度增大。再经过DPF后,颗粒分形维数减小,颗粒结构变得松散,轮廓更加清晰,与TEM分析结果相符。
【关键词】：柴油机 DPF 荷电凝并 粒径 微观形貌
【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】：TK427
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 引言11-12
• 1.2 柴油机颗粒物的组成及危害12-14
• 1.2.1 柴油机颗粒物的组成12-13
• 1.2.2 柴油机颗粒物的危害13-14
• 1.3 柴油机排放法规及后处理净化技术14-17
• 1.3.1 柴油机排放法规的制定14-16
• 1.3.2 后处理净化技术16-17
• 1.4 荷电凝并技术研究现状17-19
• 1.5 课题的主要研究内容和意义19-20
• 第二章 荷电凝并理论与试验装置介绍20-29
• 2.1 电晕放电理论20-21
• 2.2 颗粒物荷电过程21-23
• 2.2.1 场致荷电21-22
• 2.2.2 扩散荷电22
• 2.2.3 场致荷电和扩散荷电的综合作用22-23
• 2.3 电凝并机理23-24
• 2.4 柴油机颗粒物荷电凝并系统24-28
• 2.4.1 荷电装置24-25
• 2.4.2 电荷量检测装置25-26
• 2.4.3 电凝并装置26-27
• 2.4.4 凝并电场的选取27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 柴油机颗粒物荷电凝并的试验分析29-43
• 3.1 试验设备及试验系统29-33
• 3.1.1 柴油机规格及参数29
• 3.1.2 试验设备29-32
• 3.1.3 试验系统32-33
• 3.2 试验方案33-34
• 3.3 试验结果与分析34-41
• 3.3.1 柴油机颗粒物荷电效果34-35
• 3.3.2 电参量对颗粒荷电凝并效果的影响35-36
• 3.3.3 荷电凝并前后颗粒物粒径分布随转速的变化36-39
• 3.3.4 SEM形貌分析39-41
• 3.4 本章小结41-43
• 第四章 荷电凝并装置耦合DPF的应用研究43-56
• 4.1 DPF载体及参数43-44
• 4.2 试验设备44-45
• 4.2.1 主要测试设备44
• 4.2.2 表征试验设备44-45
• 4.3 试验方案设计45-46
• 4.4 试验结果分析46-51
• 4.4.1 荷电凝并耦合DPF前后压降特性46-47
• 4.4.2 荷电凝并对燃油消耗率的影响47-48
• 4.4.3 烟度排放48-49
• 4.4.4 过滤效率49-50
• 4.4.5 TEM形貌分析50-51
• 4.5 颗粒物的分形特性51-54
• 4.5.1 计盒维数方法51-53
• 4.5.2 颗粒物分形特性的变化规律53-54
• 4.6 本章小结54-56
• 第五章 全文总结与展望56-58
• 5.1 全文总结56-57
• 5.2 工作展望57-58
• 参考文献58-63
• 致谢63-64
• 攻读硕士学位期间发表的论文及专利64

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