【作者】

Junheng Liu, Jun Yang, Ping Sun, Qian Ji, Jian Men

【摘要】

柴油机由于其高功率输出、高传热效率和耐用性被广泛的应用于船舶、发电、运输和农业机械行业。但是，柴油扩散燃烧方式会导致高颗粒（PM）排放值。柴油微粒的尺寸有90%在1~1000nm的范围内，并且占了排放颗粒数量（PN）的主要部分，也是雾霾的主要组成成分。在柴油机中采用新的燃烧方式和混合燃料，排放的颗粒质量会降低，但微小颗粒的比例会显著上升。目前，DPF是公认降低颗粒排放最有效的措施，并且，成为满足柴油机严苛排放要求的标准配置。即使DFP的颗粒捕获率能到达90%以上，但对于晶核颗粒（活动直径＜50nm）的捕获效率是极低的。增加壁厚和降低微孔直径可以提高DPF的捕获效率，但是会造成DPF压损的增高，以及发动机性能的退化。双极带电凝结的方法如下：当颗粒经过高电压环放电形成的充电区域时，会被充上相异的电荷。在混流运输过程中，带电粒子之间由于库伦力和相象力会相互碰撞，促进微小颗粒凝结成为较大的颗粒，从而降低PN，且无须改变DPF过滤器的结构直径，采用双极带电凝结方法可以提高DPF对微小颗粒的捕获效率。 在本文的研究中，柴油机尾气排放系统应用了自研线柱式放电设备，并以此来评估双极带电凝结方案在微小颗粒捕获上的效果。采用Zeta电压和质量比例充电方法研究了颗粒大小、放电反应的结构参数和柴油机颗粒充电特性的金属附加性。研究结果表面：更高的电压有助于颗粒的充电，并且反向放电拥有更低的初始电压、更高的衰减电压和更优的充电效果，这也更加适合颗粒的充电。在同样的电场条件下，放出电压越高，单个颗粒的带电电荷及电荷-质量比会显著升高，从而提高了Zeta电压的绝对值。金属附加性可使碳微晶达到低能量稳定性，并且能提高粒子表面电荷的数量。采用20kV的放电电压和小直径铜电极时，放电反应能够获得最佳的充电效果。 此外，本文通过电荷移动、PM样本分析系统和观测微观电子等方法，研究了充电凝结在粒子颗粒大小分布，DPF捕获效率及分布的影响。研究结果表明：采用双电极充电凝结可以减低柴油机尾气排放颗粒中的集中总数，提高数量平均直径（CDM）和质量平均直径（CMM）。提高放电电压，直径低于93nm的颗粒数量会降低，直径大于93nm的堆积颗粒数量会升高。在额定条件及20kV，平均颗粒集中数会降低22%,10~20nm的颗粒数甚至可降低60%，CDM和CMM分别降低20%和13%。双极电荷凝结能同时提高颗粒质量和DPF颗粒捕获数量。按照欧标稳态循环，放电电压从0提高至10kV时，平均颗粒质量捕获效率提高了11%。在额定条件下，对于直径在6~17nm之间的颗粒，捕获效率从60%提高至75%，对于直径在17~220nm的颗粒捕获效率从81%提高至91%。随着放电电压的升高，颗粒的重量分布及DPF压降均提高，但是，壁面沿着DPF轴向通道方向的渗出速度是降低的。此外，在DPF中充电凝结的颗粒分布变得更加的均匀。 本文采用双极带电凝结协同DPF能够有效的捕获柴油机尾气中的微粒，并且将柴油尾气中的颗粒排放由质量控制转变为数量控制

【会议名称】

第29届CIMAC会议

【会议地点】

加拿大 温哥华

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