【摘要】：在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中,空氣中的顆粒物進(jìn)入氣缸后會(huì)降低燃料的燃燒效率及造成發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損,一般使用纖維過濾材料濾除這些顆粒物。過濾材料的過濾效率和使用壽命是我們最關(guān)心的兩個(gè)參數(shù),一般用容塵量對過濾材料的壽命進(jìn)行定量表征。目前不同的測試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定過濾材料容塵測試用塵主要為ISO-12103 A2灰,其粒徑主要分布在0.5~60μm之間,但是大量研究表明,大氣中小于100 nm的納米顆粒占據(jù)了顆�？倲�(shù)的70%以上。因此,使用目前標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測試用塵并不能真實(shí)的評價(jià)過濾材料的壽命。碳煙顆粒是空氣中的顆粒污染物之一,來源于碳?xì)浠衔锏牟煌耆紵�。大量過濾材料使用案例表明,過濾材料捕集的顆粒物中有大量的碳煙顆粒,并且當(dāng)環(huán)境中碳煙濃度較高時(shí)過濾材料會(huì)快速失效。因此,研究碳煙顆粒對過濾材料的容塵性能的影響對設(shè)計(jì)長壽命過濾材料具有重要的意義。關(guān)于過濾材料對碳煙顆粒的過濾性能,目前僅有少量的研究集中在過濾效率上,對容塵性能的研究卻鮮有報(bào)道。為了探究碳煙顆粒對過濾材料容塵性能的影響,本研究自主設(shè)計(jì)搭建了碳煙、碳煙與A2灰混合塵容塵測試系統(tǒng)。該測試系統(tǒng)可以產(chǎn)生純碳煙或A2灰顆粒,也可以產(chǎn)生碳煙與A2灰的混合塵,這可以更加真實(shí)地模擬過濾材料的使用環(huán)境,以更加客觀地評價(jià)過濾材料的使用壽命。在此基礎(chǔ)上,本研究先對碳煙顆粒在不同過濾材料中的穿透性能進(jìn)行了研究,隨后就四種不同結(jié)構(gòu)的常用納米纖維復(fù)合過濾材料對碳煙、A2灰、碳煙與A2灰混合物的容塵性能進(jìn)行了研究,并對過濾材料容塵過程中的能耗進(jìn)行了分析。最后,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了在高濃納米顆粒環(huán)境下的長壽命過濾材料的結(jié)構(gòu)模型,并完成了材料的制備和性能驗(yàn)證。研究結(jié)果如下:(1)與標(biāo)準(zhǔn)顆粒相比,碳煙在過濾材料中的穿透行為有一個(gè)特點(diǎn)即在相同測試面流速條件下,與具有相同電遷移率直徑的NaCl顆粒相比,其由于具有更大的攔截直徑而在同種過濾材料中穿透率更低。(2)四種不同結(jié)構(gòu)的過濾材料對碳煙顆粒容塵研究結(jié)果表明,過濾材料容塵過程中的壓差變化經(jīng)歷了兩個(gè)明顯的階段:(1)碳煙顆粒逐漸在過濾材料表面的納米纖維表面及纖維間的孔隙間沉積,此時(shí)過濾材料壓差緩慢增長;(2)碳煙顆粒將納米纖維層的孔隙堵塞后在過濾材料表面形成濾餅,過濾材料壓差快速上升。當(dāng)測試面流速相同時(shí),與碳煙加載濃度為7.8~8.0×10~6顆/cm~3時(shí)相比,過濾材料的壓差增長速率在碳煙濃度為4.8~5.1×10~6顆/cm~3時(shí)更大。碳煙加載濃度相同時(shí),面流速越大,過濾材料壓差增長速率越大。(3)當(dāng)碳煙濃度為6.5×10~6顆/cm~3,面流速為6.7 cm/s時(shí),四種過濾材料的壓差增長速率最小,此條件下PTFE膜復(fù)合(4#)過濾材料的容塵量最大,為5.71 g/m~2,靜電紡納米纖維復(fù)合(1#)過濾材料的最小,為3.48 g/m~2。當(dāng)碳煙濃度為4.5×10~6顆/cm~3,面流速為11.1 cm/s時(shí),1#和4#過濾材料的壓差增長速率最大,該條件下兩種過濾材料的最終容塵量均為1.82 g/m~2。而當(dāng)碳煙濃度為4.5×10~6顆/cm~3,面流速為6.7 cm/s時(shí),納米纖維層厚度更大的熔噴纖維復(fù)合(2#)過濾材料和濕法成型復(fù)合(3#)過濾材料的壓差增長速率最大,2#過濾材料的容塵量為0.61 g/m~2,3#過濾材料的容塵量為0.98 g/m~2。(4)與碳煙顆粒容塵過程中壓差變化趨勢不同的是,四種過濾材料在對A2灰容塵過程中壓差呈線性增長,說明四種過濾材料在容塵過程中對A2灰的過濾機(jī)理主要是表面過濾。A2灰濃度為4.5×10~4顆/cm~3,面流速為6.7 cm/s時(shí),四種過濾材料的壓差增長速率最小2#過濾材料壓差增長速率最小,容塵量為24.05 g/m~2,而1#過濾材料容塵量最小,為19.70 g/m~2。A2灰濃度為1.6×10~4顆/cm~3,面流速為11.1 cm/s時(shí),四種過濾材料的壓差增長速率最大,此時(shí)4#容塵量最大,為17.61 g/m~2,3#容塵量最小為17.12 g/m~2。(5)碳煙與A2灰的混合塵的容塵研究結(jié)果表明,四種過濾材料在容塵過程中的壓差增長速率大于加載純A2灰時(shí)的速率�；旌蠅m中A2灰含量一定時(shí),碳煙顆粒的濃度越高,過濾材料壓差增長更快。不同測試條件下,1#,2#,3#,4#過濾材料對混合塵的最大容塵量分別為19.3 g/m~2,21.2 g/m~2,19.1 g/m~2,18.9 g/m~2。(6)結(jié)合實(shí)驗(yàn)可知,在高濃度納米顆粒環(huán)境下,長壽命過濾材料結(jié)構(gòu)需具有以下特點(diǎn):1.表面為納米纖維復(fù)合材料,以確保對納米顆粒有較高的過濾效率,以免納米顆粒物進(jìn)入過濾材料內(nèi)部使其內(nèi)部孔隙堵塞造成壓差快速上升。2.納米纖維層應(yīng)具有一定的厚度,且結(jié)構(gòu)開放,保證過濾材料有一定的容塵能力。(7)對根據(jù)模型制備的新型納米纖維復(fù)合材料性能研究結(jié)果表明,新型復(fù)合過濾材料對碳煙、A2灰、混合塵的容塵量均大于性能最好的2#過濾材料。相同測試條件下,新型復(fù)合過濾材料容塵量比2#過濾材料容塵量高1倍。在對混合塵的容塵過程中1#、2#、3#、4#過濾材料平均壓差最小分別為253.6 Pa、244.9 Pa、283.9 Pa、305.6 Pa。新型復(fù)合過濾材料在容塵過程中的最小平均壓差為176.6 Pa。結(jié)果表明,具有新型復(fù)合過濾材料的類似結(jié)構(gòu)的過濾材料有利于降低其使用過程中的能耗。
【圖文】：

高速路行駛 40000 Km 的重型卡車的（a）濾清中的濾芯，，（c）濾芯入流面電鏡圖ed (a) filter media and (b) the filter media and the r media in the heavy truck after used for 40000 KmShanghai to Guangzhou粒組成泛指懸浮在空氣中的固體顆�；蛞旱�。按照顆氣動(dòng)力學(xué)直徑小于或等于 10 μm 的顆粒物（PM于或等于 2.5 μm 的顆粒物（PM2.5）被稱為細(xì)，又被稱為超細(xì)顆粒物。這些顆粒物的來源分爆發(fā)、沙塵暴、森林火災(zāi)和浪花等；人為源主粒物的尺寸分布和組成已有大量的研究。目前檢測分析上。這些研究結(jié)果表明，大氣中的顆粒

華南理工大學(xué)博士學(xué)位論文環(huán)主要在高溫區(qū)生成，只要能很好地預(yù)測苯的生成，那么“脫氫加乙炔（HACA理就能準(zhǔn)確地描述 PAHs 的生長[40]，PAHs 的生長過程如圖 1-3。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB33

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 趙昌普;陳生齊;宋崇林;李艷麗;孫強(qiáng);;正庚烷預(yù)混火焰中PAHs的生成機(jī)理[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2008年05期

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1 唐敏;駐極體過濾材料對PM_(2.5)過濾性能的研究[D];華南理工大學(xué);2016年

2 鞠洪玲;柴油機(jī)碳煙顆粒生成規(guī)律和尺寸分布特性的研究[D];華中科技大學(xué);2011年

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本文編號：2593858