汽车活化细木丝骨架微米木粉尾气过滤理论与试验研究

摘要

随着我国经济快速发展，机动车保有量持续增长。与此同时尾气排放对环境的污染也在持续加深，造成雾霾天气、影响交通安全以及危害人体健康。PM2.5体积小、重量轻，在大气中滞留时间长造成大范围的空气污染，因此尾气净化技术是目前研究的重点。在马岩教授提出活化细木丝概念的基础上，提出将细木丝过滤器用于处理或净化尾气中有毒及有害物质的汽车尾气后处理装置。
　　本文主要运用理论研究、数值模拟分析、试验研究相结合的方法对汽车活化细木丝骨架微米木粉过滤器的各项性能指标进行了检测及研究。通过对活化细木丝微观结构理论研究，建立了活化细木丝过滤器过滤过程中的数学模型，考虑模型边界条件及截留效应，并利用单根细木丝惯性截留效率对该模型进行描述与假设，同时考虑多根细木丝对过滤效率的影响，得出过滤器过滤效率的公式并进行计算。运用CFD中的Fluent软件对细木丝过滤器进行网格的划分及相应边界条件设定，从理论角度分析过滤过程中的压力、流速等分布情况。
　　根据试验室现有的仪器设备，并结合我国国家第V阶段机动车污染物排放标准、GB14761.5-93《汽油车怠速污染物排放标准》和GB/T3845-93《汽油车排气污染物的测量怠速法》等相关标准，搭建完成了汽车活化细木丝骨架微米木粉尾气过滤器性能检测试验台。通过改进原有制备细木丝过滤器滤芯的工艺流程，制定模压细木丝过滤器滤芯的工艺过程，模压出规格为Φ120x30mm、拌胶量为4∶1的活化细木丝过滤器滤芯试件。利用搭建的试验台对滤芯进行试验，验证该种滤芯过滤尾气的可行性，并计算得出该种滤芯的过滤效率。同时对于压降特性和疲劳寿命性能进行试验，验证本文数学模型的可行性。结果表明，在整个尾气过滤过程中，截留效应和细木丝的惯性过滤效应起主导作用，尾气排气量及排气温度等对截留效应的影响很小;仅减小滤芯直径时，细木丝过滤器的过滤效率是增大的;而在控制其他过滤参数保持不变的情况下，当过滤器内滤芯处于一定量时，过滤器过滤效率为最佳。
　　本文重点研究了细木丝过滤器的过滤机理、过滤效率、压降特性及寿命等性能，搭建完成性能检测试验台，验证了数学模型及理论分析的正确性，为日后研发高效率过滤器打下了坚实的理论基础和试验研究依据。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 汽车尾气排放后处理装置

1．3 过滤材料及性能介绍

1．3．1 钛合金微孔滤芯

1．3．2 HEPA

1．3．3 活性炭

1．3．4 静电除尘

1．3．5 触媒催化分解技术

1．4 各国汽车排放法规标准

1．5 国内外过滤器技术发展现状

1．5．1 国外过滤器技术发展现状

1．5．2 国内过滤器技术发展现状

1．6 论文研究的目的及意义

1．7 论文研究的主要内容

2 活化细木丝过滤器过滤效率的理论研究

2．1 活化细木丝过滤器过滤理论与过滤机理

2．2 活化细木丝过滤器材料特性分析

2．2．1 过滤器材料对细微颗粒物的吸附性能

2．2．2 过滤器材料的透气性能

2．2．3 过滤器材料的热稳定性能

2．3 过滤器内部流体基本方程

2．3．1 运动方程

2．3．2 控制方程

2．4 活化细木丝过滤器过滤效率计算

2．4．1 单根细木丝惯性过滤效率

2．4．2 单根细木丝截留效率

2．4．3 过滤器过滤效率

2．5 本章小结

3 活化细木丝过滤器的模拟仿真分析

3．1 Fluent软件介绍

3．2 Fluent仿真分析介绍

3．2．1 计算流体力学基本方程

3．2．2 计算流体力学的求解过程

3．3 过滤器网格划分及数值模拟模型选用

3．3．1 过滤器网格的划分

3．3．2 过滤器数值计算求解器的确定

3．3．3 过滤器湍流模型的确定

3．3．4 过滤器边界条件的确定

3．3．5 过滤器其他条件的确定

3．4 Fluent计算结果与分析

3．4．1 Fluent计算生成的残差曲线

3．4．2 流速分布

3．4．3 压力分布

3．5 本章小结

4 活化细木丝过滤器试验台的总体设计

4．1 试验台工作原理

4．1．1 试验台的主要功能

4．1．2 试验台的总体设计

4．2 过滤器试验台的搭建

4．2．1 试验台机械部分

4．2．2 试验台检测部分

4．2．3 试验台数据采集处理部分

4．3 本章小结

5 活化细木丝过滤器的制备与过滤性能试验分析

5．1 活化细木丝过滤器滤芯的制作工艺

5．2 活化细木丝过滤器滤芯的设计与制备

5．2．2 过滤器滤芯制备

5．3 过滤效率实测分析

5．3．1 电镜实验装置及原理

5．3．2 过滤试验方案的设计

5．3．3 试验结果

5．3．4 过滤效率计算及分析

5．4 过滤器过滤性能试验与分析

5．4．1 过滤器压降特性试验

5．4．2 过滤器疲劳寿命试验

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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