炭化微米木纤维滤芯对柴油车尾气颗粒捕集数浓度研究

摘要

随着我国汽车保有量的不断增加，汽车尾气排放造成的环境污染问题越发严重，特别是柴油车尾气中含有的碳烟颗粒(Particulate Matter)，不但对空气质量产生影响，而且对人类的身体健康也构成了严重威胁。其中PM2.5颗粒致人患病的情况近来呈现上升趋势，这一现象已经引起了包括我国在内的世界各国的普遍关注。针对这一情况，各国都正在采取积极的应对措施并出台相关的法律法规来对柴油车尾气中PM颗粒物质的排放进行严格限定。但这些规定同时也造成了部分柴油车由于尾气排放不能达标而无法使用，这在给人们生活带来不便的同时也造成了资源的巨大浪费，针对这一问题，本文采用经过高温炭化的微米级木纤维作为滤质对柴油车尾气进行过滤，降低其向空气中排放的PM含量，同时对其捕集原理及捕集性能进行深入研究。
　　本文首先介绍如今国内外对于柴油车尾气净化所采取的各种措施，分析其各自的优缺点，同时阐述了以炭化微米木纤维作为滤质的科学性和可操作性。然后对本文的核心理论——Monte Carlo法及分子动力学理论进行详细介绍，之后将两种理论相互结合对炭化微米木纤维滤芯对PM的捕集原理进行深入研究，对整个过程加以模拟并得出炭化微米木纤维对PM捕集的平均数浓度，最终结合具体试验操作，确定模拟方法的正确性和以炭化微米木纤维为滤质过滤PM的可行性，为未来该装置的推广提供了理论支持。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 PM的特性

1．2．1 PM的浓度和粒径

1．2．2 PM成分的研究

1．2．3 PM的有机组分

1．3 现有柴油车尾气PM处理技术

1．3．1 机内净化处理技术

1．3．2 机外捕集技术

1．4 炭化微米木纤维滤芯的特点

1．5 本文主要的研究内容

2 分子动力学理论及Monte Carlo法基本原理

2．1 分子动力学理论简介

2．1．1 分子动力学模拟的初始条件

2．1．2 边界条件问题

2．1．3 力场模型

2．1．4 牛顿运动方程

2．1．5 有限差分法

2．1．6 势函数

2．2 Monte Carlo法的发展历程和基本思想

2．2．1 Monte Carlo法的出现和发展

2．2．2 Monte Carlo法的基本思想

2．3 Monte Carlo法模拟的特点及操作步骤

2．3．1 Monte Carlo法的特点

2．3．2 Monte Carlo法模拟的基本步骤

2．4 本章小结

3 分子动力学理论结合Monte Carlo法模拟PM捕集过程

3．1 模拟的初始条件及PM粒子的能量变化

3．1．1 炭化微米木纤维的缝形孔模型

3．1．2 PM间的势能

3．1．3 炭化微米木纤维与PM间的势能

3．1．4 PM在缝形孔中的势能均值

3．1．5 PM在缝形孔中的动能

3．2 模拟过程中各物理量的确定

3．2．1 边界界定和对比量的获取

3．2．2 化学势的确定

3．2．3 表征缝形孔中的物理量

3．2．4 最佳孔径的选择

3．3 分子动力学结合Monte Carlo法模拟捕集过程

3．3．1 模拟过程的三种情况

3．3．2 模拟流程及结果分析

3．4 本章小结

4 炭化微米木纤维滤芯捕集PM性能试验

4．1 微米级木纤维的获取

4．1．1 木材原料的选择

4．1．2 木材原料的处理

4．1．3 加工刀具的材料及参数选择

4．1．4 微米木纤维的制备

4．2 滤芯的制备及炭化

4．2．1 酚醛树脂的制备

4．2．2 滤芯的制备和形态固定

4．2．3 滤芯的模压

4．2．4 滤芯的烘干

4．2．5 滤芯的炭化

4．3 炭化微米木纤维滤芯对PM的捕集试验

4．3．1 柴油发动机的选择

4．3．2 炭化微米木纤维滤芯的储放设备

4．3．3 电子低压冲击仪及其工作原理

4．3．4 各部分传感器的介绍

4．4 台架试验

4．4．1 试验设备

4．4．2 试验结果

4．4．3 试验结果分析

4．5 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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