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介质阻挡放电等离子体去除柴油机中氮氧化物的研究

作　者: 王新辉
导　师: 杜伯学
学　校: 天津大学
专　业: 高电压与绝缘技术
关键词: 柴油机 NO_x介质阻挡放电 等离子体 数值模拟
分类号: O461
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


氮氧化物(NO_x)作为导致酸雨和光化学烟雾的主要成分,处理问题成为环境保护领域的一大难题。机动车尾气中的NO_x是主要的NO_x污染源,因此控制和治理机动车尾气排放已成为十分紧迫的任务。介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge, DBD)低温等离子体处理效率高,能量利用率高,能同时处理多种污染物和无二次污染等优点,成为机动车尾气净化领域近年来研究的热点。本文以柴油机尾气中NO_x为研究对象,设计了DBD型低温等离子体反应器,建立了低温等离子体柴油机模拟排气处理系统。基于分析柴油机排气条件下各组分所参与的反应及影响NO_x转化的各种因素,研究了施加电压幅值、氧气浓度、NO初始浓度等因素对NO_x去除的影响。实验结果表明:NO的除去率随施加电压幅值的升高而升高;氧气浓度对NO的去除影响较大,氧气浓度越大,NO氧化为NO2的趋势越强,而NO的去除率越低;NO初始浓度越高,NO去除率越低。在DBD中,电子和活性自由基产生的时间与放电后发生化学反应过程的时间不重合,因此将整个仿真计算过程分为两个部分:单个微放电计算和化学反应计算。通过建立流体力学模型,对同轴线筒电极结构中DBD单个丝状放电的时空演化进行了数值模拟,用有限元分析软件求解,给出了单个微放电中电子浓度分布的时空变化;同时,建立化学反应动力学模型,用MATLAB编程求解,进行计算机模拟,探讨低温等离子体技术净化柴油机尾气NO_x的反应过程,并对实验和仿真结果进行对比分析。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-15
  1.1 课题背景及研究意义  7-9
    1.1.1 NO_x 的形成及其危害  7-8
    1.1.2 柴油机排放标准  8-9
  1.2 柴油机中NO_x 的去除方法  9-12
    1.2.1 等离子体技术  10-11
    1.2.2 DBD 技术与其他技术协同作用  11-12
  1.3 DBD 等离子体净化柴油机尾气的研究现状  12-14
  1.4 本文的工作及研究内容  14-15
第二章 介质阻挡放电理论基础  15-27
  2.1 DBD 概述及净化NO_x 的机理  15-16
    2.1.1 DBD 概述  15-16
    2.1.2 DBD 净化NO_x 的机理  16
  2.2 DBD 放电模式  16-18
    2.2.1 细丝放电  17
    2.2.2 均匀放电  17-18
  2.3 DBD 物理过程  18-20
  2.4 DBD 影响NO_x 去除率的因素  20-22
    2.4.1 电源特性  20
    2.4.2 反应器结构  20-21
    2.4.3 电极结构  21-22
  2.5 DBD 主要参量  22-26
    2.5.1 DBD 的电场强度  22
    2.5.2 DBD 电压和电流  22-24
    2.5.3 DBD 的位移电流  24-25
    2.5.4 DBD 的功率  25-26
  2.6 本章小结  26-27
第三章 DBD 去除柴油机中NO_x的实验研究  27-39
  3.1 实验系统  27-30
    3.1.1 配气系统及柴油机  28
    3.1.2 DBD 反应器结构  28-29
    3.1.3 高压电源  29
    3.1.4 气体测试仪器  29-30
    3.1.5 实验实物器材  30
  3.2 实验流程  30-31
  3.3 除去率的计算方法  31
  3.4 实验结果及分析  31-36
    3.4.1 施加电压对NO 去除率的影响  31-33
    3.4.2 氧气浓度对NO 去除率的影响  33-35
    3.4.3 NO 初始浓度对NO_x 浓度和去除率的影响  35-36
  3.5 本章小结  36-39
第四章 DBD 的仿真模型及去除NO_x动力学模拟  39-53
  4.1 理论模型  39-47
    4.1.1 扩散和输运  39-40
    4.1.2 DBD 细丝放电模型  40-43
    4.1.3 化学反应动力学模型  43-47
  4.2 仿真结果  47-51
    4.2.1 微放电仿真结果  47-48
    4.2.2 化学反应仿真结果  48-51
  4.3 实验和仿真结果对比分析  51-52
  4.4 本章小结  52-53
第五章 结论与展望  53-55
  5.1 本文结论  53-54
  5.2 研究展望  54-55
参考文献  55-59
发表论文和科研情况说明  59-60
致谢  60

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 真空电子学（电子物理学） > 气体放电（气体导电）
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