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柴油车PM2.5过滤器的设计理论与试验研究

马靖  
【摘要】:近年来,随着雾霾、沙尘天气的增多,细颗粒物污染逐渐受到重视,人们也越来越多的听到PM2.5这一新名词。大量研究表明,细微颗粒对人体健康的危害极大,可导致慢性鼻咽炎、慢性支气管炎等系列病变,对细微颗粒的控制与治理是我国治污的当务之急,而PM2.5主要来自汽车尾气,所以应重点关注如何治理汽车细微颗粒物的排放。本文总结了现有PM2.5的过滤技术和柴油车微粒捕集器的过滤材料,提出采用微米木纤维填充活性微纳米木粉作为过滤芯材料的环保型木基生态PM2.5过滤器。 本文在市场调研与理论分析基础上,将木纤维选定为最优的过滤材料之一,主要原因为:材料普遍、且价格低廉,加工简单、过滤效率可达到最优值,过滤器滤芯使用后可回收再利用、避免二次污染和浪费。可知,选择木纤维作为过滤器滤芯材料不仅从成本上优于其他材料,更因木材为可再生资源,在环保层面上基本杜绝了污染。 从细微颗粒两相流体力学入手,分析柴油车尾气排放过程中气流及细微颗粒的受力和运动特点,建立颗粒轨迹模型,计算细微颗粒两相流体速度,为研究过滤器的过滤机理及过滤效率作理论基础。 建立木材的微观结构模型,研究木纤维的结构特性,并通过对木基生态PM2.5过滤器性能参数以及木纤维过滤理论的分析,推导出简化情况下单根木纤维在流场中的拦截效应、惯性碰撞效应和扩散效应的过滤机制,对这几种过滤机理进行合并,通过合理修正,得出过滤器滤芯的总过滤效率及过滤阻力数学公式。 通过对过滤器外形参数的合理选择,设计满足整体性能的过滤器;利用理论方法的计算,得出过滤器滤芯木纤维直径、滤芯的厚度和滤芯的填充率与过滤效率的关系。 最后根据选定的制作木基生态PM2.5过滤器的木纤维及其他原料,通过模压等制作工艺加工出过滤器试验样品,通过试验验证过滤器的过滤效率 本课题的研究解决了本国柴油车尾气中细颗粒物的过滤问题,为柴油车PM2.5过滤器的设计提供了途径和理论依据。


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