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1、柴油機(jī)的微粒排放量較高,已成為大氣中可吸入微粒的重要來(lái)源,嚴(yán)重威脅著人類的身體健康,成為柴油機(jī)進(jìn)一步發(fā)展所必須解決的課題。目前柴油機(jī)微粒排放后處理技術(shù)還不成熟,尋求并研發(fā)新的柴油機(jī)微粒后處理技術(shù)及方法具有重要意義。本文嘗試將低溫等離子體應(yīng)用于柴油機(jī)排氣后處理,進(jìn)行了低溫等離子體降低柴油機(jī)微粒排放的實(shí)驗(yàn)及理論研究。
本文采用介質(zhì)阻擋放電的方式產(chǎn)生低溫等離子體,設(shè)計(jì)了采用串聯(lián)諧振式全橋逆變開關(guān)電源供電的介質(zhì)阻擋放電特性實(shí)驗(yàn)裝置
2、,利用該裝置研究了介質(zhì)阻擋放電裝置的動(dòng)態(tài)負(fù)載特性及電學(xué)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)介質(zhì)阻擋放電裝置工作性能的影響,并對(duì)串聯(lián)諧振逆變高壓電源與介質(zhì)阻擋放電裝置負(fù)載之間的優(yōu)化匹配進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究及理論分析。研究結(jié)果表明,采用較小的放電氣隙、較大介電系數(shù)、較薄的阻擋介質(zhì),可提高介質(zhì)阻擋放電裝置的放電功率;溫度的升高使介質(zhì)阻擋放電裝置放電功率變大;放電氣隙氣流速度的增加使介質(zhì)阻擋放電裝置放電功率降低;介質(zhì)阻擋放電裝置負(fù)載的介質(zhì)等效電容值隨放電功率的
3、上升而增加,氣隙等效電容值隨著放電功率的上升而減??;電源輸出電壓頻率為介質(zhì)阻擋放電裝置氣隙擊穿前的諧振頻率時(shí),放電最易啟動(dòng),而在裝置能正常啟動(dòng)放電的情況下,使其工作頻率盡可能接近氣隙擊穿后介質(zhì)阻擋放電裝置負(fù)載回路的諧振頻率,有利于裝置放電功率的提高。
采用三種不同結(jié)構(gòu)類型的小氣隙準(zhǔn)均勻場(chǎng)強(qiáng)低溫等離子體反應(yīng)器進(jìn)行了柴油機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)研究,研究結(jié)果表明,低溫等離子體可有效分解柴油機(jī)排氣中的微粒,排氣微粒的降低率隨能量密度的增加而增
4、大;低溫等離子體只能使柴油機(jī)排氣中N0x的存在形態(tài)由NO向NO2轉(zhuǎn)變,而不能使NOx總量減少;全流式低溫等離子體反應(yīng)器比部分流式低溫等離子體反應(yīng)器對(duì)柴油機(jī)排氣中PM的分解率及能量利用率高;在相同的能量密度下,提高排氣在低溫等離子體反應(yīng)器中的滯留時(shí)間,可有效提高微粒的分解率。
為了提高低溫等離子體對(duì)微粒的分解率及能量利用效率,提出了大氣隙同軸圓柱結(jié)構(gòu)低溫等離子體反應(yīng)器的設(shè)計(jì)思想,設(shè)計(jì)了線-管式大氣隙同軸圓柱結(jié)構(gòu)低溫等離子體反
5、應(yīng)器,并對(duì)其工作特性進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)線-管式低溫等離子體反應(yīng)器存在介質(zhì)阻擋電暈放電和介質(zhì)阻擋絲狀放電兩種不同的放電形式,可以通過(guò)電源輸入電壓與反應(yīng)器工作電壓峰值的變化關(guān)系來(lái)判定放電形式的變化。柴油機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,介質(zhì)阻擋絲狀放電較介質(zhì)阻擋電暈放電對(duì)微粒的處理效果更好,能量利用效率也更高;柴油機(jī)轉(zhuǎn)速相同時(shí),排氣煙度增大將導(dǎo)致相同能量密度下排氣煙度降低率下降,但煙度降低的絕對(duì)數(shù)值增加,低溫等離子體反應(yīng)器的能量利用效率提高;當(dāng)排氣波許煙度
6、相同時(shí),相同能量密度下柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的增加將使反應(yīng)器對(duì)排氣中微粒的處理效率降低。
為了提高介質(zhì)阻擋放電分解微粒的經(jīng)濟(jì)性及分解效果,提出了將過(guò)濾體置入低溫等離子體反應(yīng)器放電氣隙中,連續(xù)捕集柴油機(jī)排氣中的微粒,然后通過(guò)放電對(duì)捕集的微粒集中分解的技術(shù)思想,并制訂了以介質(zhì)球填充大氣隙同軸圓柱結(jié)構(gòu)低溫等離子體反應(yīng)器,對(duì)柴油機(jī)排氣中微粒進(jìn)行捕集-分解的技術(shù)方案。實(shí)驗(yàn)研究了介質(zhì)球填充對(duì)低溫等離子體反應(yīng)器工作性能的影響,研究結(jié)果表明,采用介質(zhì)
7、球填充放電區(qū)域可有效降低低溫等離子體反應(yīng)器的起始放電電壓,增加低溫等離子體反應(yīng)器的放電功率,在較大放電區(qū)域容積、較小介質(zhì)球粒徑的情況下低溫等離子體反應(yīng)器放電功率增加更為顯著,證實(shí)了上述技術(shù)方案的可行性。柴油機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,低溫等離子體可有效分解介質(zhì)球填充床捕集的微粒,再生作為過(guò)濾體的介質(zhì)球填充床;微粒在介質(zhì)球填充床內(nèi)的累積,將導(dǎo)致低溫等離子體反應(yīng)器工作電壓及放電功率降低;采用介質(zhì)球填充低溫等離子體反應(yīng)器放電氣隙的技術(shù)方案,可有效提高
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