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柴油机排气微粒旋流净化技术的初步研究

时间:2016-02-23  来源:中国节能减排网  作者:[db:作者]  浏览次数:968

  随着在用柴油车的日益多,柴油机排气微粒己对环境造成了严重的污染目前主要研究的柴油机排气微粒机外后处理方法是微粒的过滤及过滤体再生技术,这一技术存在的主要问题是过滤体的阻力大、强度弱、使用寿命短、易发生高温烧结和爆裂以及过滤体再生及控制系统比较复杂、可靠性较差、成本价格过高等。这些问题的存在妨碍了这一技术的推广应甩旋流分离器作为气固分离设备早己应用于许多工业作为分离器,其结构形式分离机理以及流场分析等方面的研究己进入了新的研究阶段,可以净化的微粒粒径逐渐减小,使其逐渐可以用于柴油机排气微粒的净化英美等国的科学家近两年来正在积极地开展这一方面的研宄旋流分离器具有无运动部件、工作稳定可靠造价低、维修方便等优点,如果能将其用于柴油机排气微粒的分离净化,无疑将为柴油机排气微粒后处理技术的开发研究开辟一个新的领域。

  本文根据柴油机排气及微粒的特点,设计研制了一台柴油机排气微粒旋流净化系统,并对它的特性进行了初步的理论分析及试验研究,分析了利用旋流技术实现柴油机排气微粒净化的可行性通过对净化器结构的优化设计以及采取必要的微粒凝聚措施,相信会显著提高柴油机排气微粒旋流净化器的净化效率。

  1柴油机排气微粒旋流分离的可行性分析以前的许多研究表明,旋流分离器对于细小颗粒(粒径一般小于2Mm)的分离效率较低,因而难以有效地进行细小颗粒的分离。分析其原因主要在于:在正常的气流速度下,气流产生的离心力场作用力较弱,不足以将细小颗粒分离出来―般工业上需要分离的颗粒粒径范围很宽,当气流速度过大时,由于较大的颗粒与筒壁碰撞后产生回弹作用,使本己分离的较大的颗粒有可能再度混入气流中,并影响到其它较小颗粒的碰壁分离,因而导致总的分离效率降低工业上常用的分离器采用回流方式,筒体底部的气流分布形式极其复杂,如果气流分布不合理,就会使己沉降到底部锥形筒壁面的颗粒重新被气流携带出筒壁而随气流排出然而,对于柴油机排气微粒的分离,应考虑其特殊性首先,柴油机排气微粒的平均粒径较小,因而其受到的离心力和离心沉降速度较小,即使在气流速度较高的情况下,其碰撞动量也很小;另外柴油机排气微粒的粘性相当大,加上细小微粒的附壁性远强于大微粒,使得当它们离心沉降至筒壁时,其碰撞回弹的可能性很小。其次,在旋流器内,随着流体微团所处位置半径基金项目:国家自然科学基金(59976001)和内燃机燃烧学国家重点实验室开放基金资助项目的大,其切向速度减小,即在径向上切向气流存在着分离的微粒粒径在以上假设条件下,通过理论推导可负速度梯度由该速度梯度产生的回弹阻力对于大微以求得旋流净化器的微粒临界分离直径和微粒分级净必1-土粒的回弹来说也许是微不足道的,但对于细小微粒的沉降却有重要的作甩根据旋流分离器的特点,可以采用以下两方面措施以提高柴油机排气微粒旋流分离效率一方面,在旋流微粒净化器之前安置一个排气微粒凝聚器根据柴油机排气微粒的特点,采取一定的技术措施,使细小的柴油机排气微粒先凝聚成较大的微粒,然后再利用旋流分离器进行分离,从而提高其分离净化效率。

  另一方面,在旋流分离器中采用轴流直流式旋流子作为分离器件,这样可以避免传统的回流式分离器中回流气流将己沉降的微粒,特别是细小微粒重新带走的可能另外,在微粒收集器内可以采用部分抽气的方式(抽气5%~15%),使分离器内形成更适合于微粒,特别是细小微粒沉降的流场,以提高旋流分离器的分离净化效率。所抽废气可以重新送回气缸,形成废气再循环。因而在提高分离器分离净化效率的同时,还可以降低柴油机排气中的NOx排放通过以上分析可以看出,根据柴油机排气及微粒的特点,通过采用一定的技术措施,是有可能提高旋流分离器分离净化柴油机排气微粒的净化效率的。

  2轴流直流式柴油机排气微粒旋流净化器的初步理论分析为了便于分析,特作如下假设:旋流子与外界没有热量交换,气流流经叶片时是一个绝热过程;微粒足够分散,旋流分离时不考虑微粒间的相互作用;微粒为球状,其当量直径为d微粒的临界分离直径定义为气流通过分离室的时间内9正通糨由筒体轴线处移动到筒本内壁而被化效率如下:4宁智。柴油机排气微粒旋流净化技术的可行性研宄。见:中国内燃机学会第五届学术年会论文集。上海:上海交通大学出版社,1999-10 2.2微粒旋流净化器的排气阻力给出了微粒旋流净化器排气背压的测试结果由图可见,微粒旋流净化器的排气阻力是很低的,在最高转速全负荷下,排气背压只有4kPa左右,即使考虑气流冷却的影响,微粒旋流净化器的排气阻力也要比一般洁净的过滤式排气微粒捕集器低。

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