荷电喷雾协同低温等离子体净化汽车尾气的实验研究

摘要

雾霾已经成为当前我国社会最关切的环境问题之一。在许多大中型城市中，随着汽车保有量的不断增加，汽车排放逐渐成为导致雾霾的重要因素，发展新型高效的汽车尾气净化技术对于降低污染、保护环境具有重要意义。荷电喷雾与低温等离子体作为防治颗粒物与有害气体污染的新技术，具有高效、节能等优点，在汽车尾气细颗粒物以及有害气体的脱除和控制等方面的应用前景十分广阔。荷电喷雾协同低温等离子体净化汽车尾气的机制十分复杂，开展荷电喷雾协同低温等离子体净化汽车尾气特性的研究是发展高效尾气净化技术的基础，具有重要的研究价值。本文结合荷电喷雾与低温等离子体技术，搭建了柴油机尾气净化实验系统，对静电喷雾的荷电特性、脱除细颗粒物的特性以及柴油机尾气的净化效果开展了实验研究工作，为荷电喷雾协同低温等离子尾气净化技术的发展与应用奠定了实验基础。
　　本研究主要内容包括：⑴针对柴油机排气系统的结构特点，设计并制作了环状感应荷电喷头，并对静电喷雾的荷电特性以及喷雾特性进行了测量和分析，结果表明：液滴的荷质比随荷电电压的增大而先增大后减小；液滴荷电效果与雾化压力有关，且存在荷电效果最佳的雾化压力值；通过对喷雾荷电可以减小喷雾中液滴的粒径，且液滴粒径越大，荷电电压对其粒径的影响越强。⑵基于柴油机尾气的排气速度和尾气颗粒粒径的分布范围，设计并搭建了荷电喷雾除尘实验系统；利用柴油燃烧产生的细颗粒物来模拟柴油机尾气颗粒进行预实验，探究了荷电喷雾脱除模拟尾气颗粒的特性，研究结果表明：通过对液滴荷电，装置除尘效率最高可提升27.5%，是液滴非荷电状态下除尘效率的3~4倍；单独对颗粒荷电时装置的除尘效率要高于单独对液滴荷电时的除尘效率，且当二者同时荷相反电荷时，装置除尘效率最高可达92.3%。⑶对荷电喷雾协同低温等离子体净化柴油机尾气的效果进行了实验研究，结果表明：荷电喷雾的除尘效率随喷雾流量的增大而增大，在中低转速下，喷雾流量的提高对装置除尘效率的提升效果较为明显；NO、CO、HC三种有害气体的净化效率均随着发动机转速的提高而下降，其中CO的下降幅度最大，达40.2%， HC的下降幅度最小，为11.7%。⑷通过实验测量，分析了尾气加湿对柴油机尾气颗粒物脱除以及有害气体净化的影响，研究发现：尾气加湿可以提高装置对颗粒物的净化效率，尤其是在中高转速下，效率提升可达17%；尾气加湿可以促进CO、NO的转化，但对HC的净化效率影响不大，当荷电电压较高时，对 NO的促进作用会随着电压的进一步增大而逐渐减弱。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1课题研究的背景及意义

1.2柴油机尾气污染物的生成及其危害

1.3柴油机尾气排放法规的发展

1.4柴油机尾气后处理技术

1.5荷电喷雾除尘技术与低温等离子体技术的研究概况

1.6本文的主要研究内容

第二章 荷电喷雾除尘与低温等离子体的基础理论

2.1液滴的荷电

2.2颗粒物的荷电

2.3荷电喷雾捕集细颗粒物的机理

2.4荷电喷雾除尘效率的影响因素

2.5 低温等离子体的基础理论

2.6低温等离子体净化汽车尾气有害气体的机理

2.7本章小结

第三章 环状感应荷电喷头喷雾特性与荷电特性的研究

3.1液滴荷质比的理论计算式

3.2实验装置与方法

3.3实验结果与分析

3.4本章小结

第四章 荷电喷雾脱除细颗粒物特性的研究

4.1实验系统的设计

4.2实验方法

4.3实验结果与分析

4.4本章小结

第五章 荷电喷雾协同低温等离子体净化柴油机尾气污染物的实验研究

5.1实验装置与方法

5.2实验结果与分析

5.3本章小结

第六章 全文总结与工作展望

6.1全文总结

6.2工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研情况