發(fā)布時(shí)間：2020-04-05 22:38

【摘要】：柴油發(fā)電機(jī)為負(fù)責(zé)天文觀測、冰芯勘測等多項(xiàng)科考任務(wù)的南極Dome A科考平臺提供能源保障,其排放煙氣中含有大量細(xì)顆粒物(DPM),在大氣中擴(kuò)散后會影響科考平臺附近大氣的透明度,從而影響天文觀測的效果。另外,由于南極Dome A環(huán)境的特殊性,一方面,其低溫、低壓的特點(diǎn)會加重柴油機(jī)的排放,尤其是顆粒物,另一方面,其多變的風(fēng)場會使煙氣的影響區(qū)域更加復(fù)雜,難以界定。因此開展柴油機(jī)在南極Dome A低壓環(huán)境下的各組分的排放特性及煙氣的擴(kuò)散行為研究,對南極能源支撐平臺建設(shè)有重要的參考和指導(dǎo)意義。柴油機(jī)排放特性受進(jìn)氣壓力、缸內(nèi)溫度、燃油類型等因素影響。雖然當(dāng)前對常壓條件下柴油機(jī)排放特性的已有了較為深入的研究,但針對南極高原低壓環(huán)境的柴油機(jī)排放特性研究還非常缺乏。此外,低溫低壓環(huán)境下,柴油機(jī)煙氣在Dome A特有氣象環(huán)境下的擴(kuò)散規(guī)律亦不清晰。為此,本文設(shè)計(jì)搭建了南極低壓環(huán)境模擬平臺,利用實(shí)驗(yàn)方法對南極模擬環(huán)境下柴油機(jī)的排放產(chǎn)物的濃度進(jìn)行了測量。此外,本文還基于小風(fēng)擴(kuò)散模型和高斯煙羽模型對柴油機(jī)排放煙氣在南極Dome A大氣環(huán)境中的擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行了研究,并進(jìn)一步考慮南極Dome A長期的風(fēng)向、風(fēng)速分布,建立了煙氣的長期平均濃度計(jì)算模型,對柴油機(jī)排放產(chǎn)物中顆粒物在南極Dome A風(fēng)場作用下的長期影響范圍進(jìn)行了研究。概括起來,本論文主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:開展了南極柴油機(jī)排放特性實(shí)驗(yàn),研究了柴油機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速、環(huán)境氣壓和燃料類型對其排放產(chǎn)物中各組分排量的影響規(guī)律。結(jié)果表明:(1)環(huán)境氣壓降低導(dǎo)致柴油機(jī)排放產(chǎn)物中CO增加,低壓下CO排量的增幅更為明顯,HC的排量先減小后增加,NO_X的排量下降以及柴油機(jī)顆粒物的排量增加;(2)柴油機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速增加導(dǎo)致CO的排量增加,HC的排量先降低后增加,NO_X的排量下降,柴油機(jī)顆粒物的排量先降低后增加,在轉(zhuǎn)速為2400r/min時(shí)達(dá)到最低,對比常壓環(huán)境,南極低壓環(huán)境下,CO受運(yùn)行轉(zhuǎn)速的影響更為顯著;(3)相比于零號柴油,柴油機(jī)使用航空煤油時(shí)能夠有效降低CO和PM的排放,但NO_X的排量要高于使用零號柴油時(shí)的NO_X的排量。利用小風(fēng)擴(kuò)散模型和高斯煙羽模型及長期平均濃度計(jì)算模型研究了柴油機(jī)排放煙氣在南極Dome A大氣環(huán)境中的擴(kuò)散規(guī)律及在南極Dome A風(fēng)場作用下柴油機(jī)排放產(chǎn)物中顆粒物的長期影響范圍。結(jié)果表明:(1)在單風(fēng)向擴(kuò)散作用下,顆粒物沿下風(fēng)向的影響半徑要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其沿橫向和縱向的擴(kuò)散半徑,并且風(fēng)速越大,對應(yīng)的煙氣影響半徑越小;(2)對于風(fēng)速較小甚至靜風(fēng)時(shí),顆粒物的擴(kuò)散屬于小風(fēng)擴(kuò)散的范疇,顆粒物沿各個(gè)方向的擴(kuò)散較為均勻,煙羽表現(xiàn)為細(xì)長的柱狀結(jié)構(gòu)并向下風(fēng)向傾斜,顆粒物的濃度在煙羽中心線上最大,并向四周遞減(3)在長期多風(fēng)向、風(fēng)速耦合作用下,Dome A煙氣最大影響區(qū)域集中在西南方向,煙氣最小影響區(qū)域主要位于排煙口的正南方,為盡可能減小柴油機(jī)煙氣對天文觀測的影響,天文設(shè)備優(yōu)選布置于發(fā)電艙正南方向15m以外。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK421

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2615620