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《江苏大学》 2016年
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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

朱泽洪  
【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。
【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

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