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脉冲电晕放电等离子体技术净化柴油机尾气的初步研究

作　者: 谢金亮
导　师: 唐敏康
学　校: 江西理工大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 脉冲电晕低温等离子体湿式针板电晕放电柴油机微粒
分类号: X701
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

随着科技的发展和人们生活水平的提高,环境保护与可持续性发展逐渐成为社会关心的热点问题,同时也成为研究人员的研究重点。柴油机以其动力大、效率高、燃料经济等优点而得到广泛的应用。但是柴油机尾气中较高的PM(即碳烟粒子)和NO_X的排放却限制了柴油机的发展。所以,研究控制柴油机尾气排放的技术具有非常重大的意义。为了降低柴油机尾气中的微粒和NO_X排放,本研究应用低温等离子体理论和静电除尘的理论对利用高压脉冲电晕放电等离子体技术净化柴油机有害物进行了初步研究。在分析电晕荷电的特性和等离子体净化污染物的基础上,设计并自行研制了一套低温等离子体后处理装置,提出了采用湿式针板电晕放电反应器结合旋转火花隙开关式高压脉冲电源的试验方案,并在LF170型单缸柴油机上进行了柴油机微粒捕集和NO_X去除的实验研究,通过改变放电间隙、脉冲电压、脉冲频率等各种参数,研究各参数对净化效率的影响规律,为该项技术在处理发动机尾气中有害气体方面的应用做基础性的实验研究。并得到一些有价值的结论:①反应器在有水的情况下,对柴油机尾气中NO_X的净化效率比反应器在无水的情况下的净化效率更高,因为反应器中水层的存在使反应器中含有大量的气态分子,水分子在高压脉冲电晕放电作用下能够生成活性很大的自由基,这些自由基促进了等离子体氧化NO_X的反应,并且有水还有利于尾气中颗粒物的脱除,因为部分颗粒物会被水吸收。另外反应器中水层的存在还可起到稳定电晕及提供充足的活性自由基的作用;②脉冲电压、脉冲频率、发动机的转速、气体的流量、放电间隙等参数,对颗粒物和NO_X的净化效果具有明显的影响,柴油机尾气中的微粒脱除效率一般在60%左右,NO_X去除效率可以达到20%左右;③脉冲电压越高净化效果越理想(不能高于击穿电压),尾气在反应器中停留的时间越长,脱除效率越高。脉冲频率越高,脱除效率也相应的增加;④脉冲电源电压、脉冲频率与放电间隙是影响微粒去除和NO_X的主要因素。放电间隙的最佳值为12mm,脉冲电压、脉冲频率越高净化效率越高,水面与板状电极之间的距离对反应器净化的效率影响不大;⑤反应器运行时间越长,放电越稳定,效率也越高。这是由于针状电极表面生成一层硝酸盐气溶胶,其物质可以抑制火花放电的发生;⑥高压脉冲电晕放电对柴油机尾气中由碳烟所形成的粉尘有吸附能力,能够达到较高的脉冲电压而不发生反电晕现象,其除尘效率能够达到60%;最后,本文对低温等离子体技术净化处理柴油机尾气排放物的深入研究进行了探讨与展望。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-20
  1.1 选题背景  9
  1.2 柴油机尾气的排放物  9-11
    1.2.1 柴油机排放污染物的种类  9-10
    1.2.2 柴油机排放污染物的危害  10-11
    1.2.3 影响污染物排放的因素  11
  1.3 柴油机排放法规和标准的建立与发展  11-13
    1.3.1 我国机动车排放控制现状  11-12
    1.3.2 法规和标准  12-13
  1.4 柴油机尾气排放的控制技术  13-15
  1.5 低温等离子体技术应用于内燃机尾气净化的现状与发展  15-18
  1.6 本论文研究的目的和意义  18
  1.7 论文的主要研究内容  18-20
第二章脉冲电晕放电等离子体技术净化柴油机尾气的理论依据  20-33
  2.1 等离子体基本理论及净化柴油机排放物的基本原理  20-26
    2.1.1 产生低温等离子体的气体放电类型  20-21
    2.1.2 气体放电等离子体中电子能量分布  21-23
    2.1.3 等离子体中电子密度分布  23-26
  2.2 电晕荷电基本理论  26-29
    2.2.1 电晕放电的原理及特点  26-28
    2.2.2 脉冲电晕放电的特点  28-29
  2.3 脉冲电晕放电低温等离子体净化柴油机尾气的现状及其机理分析  29-32
    2.3.1 等离子体净化柴油机尾气的基本过程  30
    2.3.2 等离子体净化柴油机尾气的技术路线  30-31
    2.3.3 脉冲电晕等离子体对柴油机尾气中微粒的脱除机理  31
    2.3.4 脉冲电晕等离子体对柴油机尾气中NO_x的脱除机理  31-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章低温等离子体反应器的研制及电源  33-41
  3.1 柴油机排气的特点和实验系统的设计原则  33
  3.2 等离子体技术方案比较  33-35
    3.2.1 等离子体反应器的方案  33-35
    3.2.2 脉冲电晕荷电方式  35
  3.3 反应器结构设计  35-37
  3.4 脉冲电源  37-39
    3.4.1 脉冲电源的形式  37
    3.4.2 脉冲电源的性能及原理  37-39
  3.5 本章小节  39-41
第四章脉冲电晕放电等离子净化柴油机尾气的试验与分析  41-53
  4.1 系统的组成和机外后处理单缸机试验台架  41-43
  4.2 实验研究分析方案  43-44
    4.2.1 实验目的  43
    4.2.2 实验条件分析  43
    4.2.3 实验方案设计  43
    4.2.4 实验方法  43-44
    4.2.5 实验步骤  44
  4.3 试验结果及分析  44-52
    4.3.1 脉冲放电等离子体技术脱除颗粒物的实验结果分析  44-48
    4.3.2 柴油机尾气中主要有害气体NO_x的实验结果分析  48-52
    4.3.3 系统运行时间对净化柴油机尾气的影响  52
  4.4 本章小节  52-53
第五章总结与展望  53-55
  5.1 总结  53
  5.2 展望  53-55
参考文献  55-58
致谢  58-59
个人简历及攻读硕士期间发表的学术论文与研究成果  59-60

脉冲电晕放电等离子体技术净化柴油机尾气的初步研究

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