پالایش گازهای خروجی اگزوز موتورهای دیزلی از ذرات آلاینده

جداسازی ذرات معلق در گازها به ویژه هوا، مورد توجه اغلب صنایع از جمله صنایع خودرو سازی، هسته ای، کارخانجات سیمان و نیز علوم زیست محیطی می باشد

مشخصات فایل

تعداد صفحات	125
حجم	4 کیلوبایت
فرمت فایل اصلی	doc
دسته بندی	مکانیک

توضیحات کامل

دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی خودرو

پالایش گازهای خروجی اگزوز موتورهای دیزلی از ذرات آلاینده

 

چکیده

جداسازی ذرات معلق در گازها به ویژه هوا، مورد توجه اغلب صنایع از جمله صنایع خودرو سازی، هسته ای، کارخانجات سیمان و نیز علوم زیست محیطی می باشد. برای کاهش آلودگی دو روش عمده وجود دارد: 

الف) کاهش تولید آلاینده ها

ب) جلوگیری از انتشار آلاینده ها در محیط.

 

در این تحقیق جداسازی دوده از گازهای خروجی اگزوز موتورهای دیزل مورد بررسی قرار می گیرد.دو مبحث بنیادی در این تحقیق عبارتند از:

الف) بررسی خصوصیات ذرات آلاینده خروجی از اگزوز.

ب) بررسی امکان سنجی استفاده از امواج آکوستیکی برای حذف ذرات معلق در گازهای خروجی اگزوز موتور های دیزل

 

 نتایج حاصله از این بررسی نشان می دهد که ذرات آلاینده دارای قطر تقریبی  10-01/0میکرون با حداکثر تجمع جرمی در محدوده کمتر از 4/0 میکرون می باشند.بدین منظور، مدل سازی عددی در مورد انباشت اکوستیکی برای بدست آوردن پارامترهای آزمایش و تاثیر این پارامترها در شبیه سازی و نتایج آزمایش انجام شد.نتایج آزمایشگاهی حاصله نشان می دهد که از امواج آکوستیکی برای جداسازی ذرات گازهای خروجی اگزوز با بازده بالا می توان استفاده کرد. سیستم فیلتراسیون آکوستیکی برای ذرات بزرگتر از 0.2 میکرون و برای دبی عبوری کوچکتر از 30 لیتر بر دقیقه، در گستره توان صوتی اعمالی  30 وات، کارآیی دستگاه نشست دهنده بیشتر از 95 درصد می باشد. برای دبی 50 لیتر بر دقیقه با توان صوتی 30 وات بازده 45% می باشد که 

برای افزایش بازده فیلتراسیون در دبی های بالاتر، میتوان از چند سیستم به صورت موازی استفاده نمود. 

 

 

 

کلمات کلیدی:

ایروسل

موتورهای دیزل

فیلتراسیون آکوستیکی

خصوصیات ذرات آلاینده

تصفیه گازهای خروجی اگزوز

جداسازی ذرات معلق در گازها

سیستمهای جداسازی فازهای جامد- گاز از یکدیگر

 

 

 

مقدمه

زیست موجودات زنده به ویژه انسان در معرض هجوم انواع آلودگیها است که آلودگی هوا یکی از مهمترین آنها است. بسیاری از مراکز صنعتی و تولیدات آنها، از عوامل مهم تولید آلاینده های هوا میباشند و از این میان خودروها سهم عمده این آلودگی را در شهرها به عهده دارند.به موازات رشد و ترقی جوامع که موجب تخریب طبیعت و در نتیجه آلوده کردن بیشتر آن شده است، سازمانهای حفاظت از محیط زیست با وضع قوانینی، سعی در کاهش آلودگیها دارند. برای کاهش آلودگی هوای ناشی از خودروها، دو روش اساسی وجود دارد:

الف: کاهش تولید آلاینده ها

ب: جلوگیری از انتشار آنها در محیط

 

کاهش تولید آلاینده ها از طریق بهبود کیفیت سوخت و طراحی بهینه سیستم احتراق و یا دوباره سوزاندن گازهای حاصل از احتراق امکان پذیر است و برای جلوگیری از انتشار آلاینده ها در محیط از سیستم های تصفیه و پالایش گازهای خروجی از اگزوز استفاده می شود. روشهای کاهش تولید آلاینده ها مستلزم صرف هزینه های بسیاری می باشد که امروزه در کشور ما توجیه اقتصادی ندارد، لذا در شرایط کنونی و به عنوان یک راه حل سریع و ارزان، تصفیه گازهای خروجی اگزوز شیوه مناسبتری می باشد. آلایندههای منتشره از موتور خودروها عبارتند از: هیدرو کربن ها (HC)، مونوکسید کربن (CO)، اکسیدهای نیتروژن (NOx) و ذرات معلق.

 

 در موتورهای دیزلی، مهمترین و بیشترین آلودگی را ذرات خروجی اگزوز تشکیل می دهند و بنابراین موضوع این پروژه پالایش گازهای خروجی اگزوز موتورهای دیزلی از ذرات آلاینده میباشد. این موضوع در مرحله اول مستلزم بررسی خصوصیات ذرات آلاینده و در مرحله دوم نیازمند بررسی سیستمهای جداسازی فازهای جامد- گاز از یکدیگر می باشد.در این تحقیق ذرات آلاینده به عنوان ایروسلهایی با قطر تقریبی 10-01/0 میکرون شناخته شدند که حداکثر تجمع جرمی آنها در محدوده کمتر از 4/0 میکرون است. ایروسل به معنای هر ذره ای اعم از جامد یا مایع که در یک محیط گازی یا اتمسفر معلق باشند و سرعت سقوط آنها قابل اغماض باشد، گفته می شود.

 

       برای جداسازی این ذرات هیچیک از سیستمهای جداسازی گاز- جامد نظیر شوینده ها، فیلترهای الیافی و سیکلونها و فیلترهای الکترواستاتیک  مفید واقع نشدند. زیرا برخی از این سیستمها نظیر فیلتر های الیافی، افت فشار زیادی ایجاد می کنند که برای به کارگیری بر روی گازهای خروجی اگزوز مناسب نمی باشد و همچنین برای این توزیع اندازه ذرات، از کارآیی کافی برخوردار نمی باشند و یا بسیار حجیم و بزرگ می شوند. نهایتاً نشست دهنده آکوستیکی (که امروزه به عنوان مکمل سیستم های فیلتراسیون فعلی استفاده می شوند) انتخاب بهتری به نظر آمد و برای عملکرد آن و امکان سنجی استفاده عملی، مطالعات و آزمایشهای جامع تری آغاز گردید.

 

 

 

 

 

فهرست مطالب

1-فصل اول: مقدمه 1

 

2- فصل دوم: مروری بر ادبیات و اصول و مبانی نظری 4

2-1 مقدمه 5

2-2 سیستم جدا ساز ذرات معلق در گازها 8

2-2-1 صافی های کیسه ای 8

2-2-2 ته نشین کننده های ثقلی 8

2-2-3 شوینده ها 9

2-2-4 سیکلونها 9

2-2-5 نشست دهنده الکتروستاتیک 9

2-3 زمینه تاریخی 10

2-4  مکانیزمهای انباشت آکوستیک 11

2-4-1 فعل و انفعالات اورتوکینتیک 11

2-4-2 فعل و انفعالات هیدرودینامیک 17

2-4-3 واکنشهای آشفتگی آکوستیک 20

2-4-4 روان سازی آکوستیک 19

2-4-5 توده آکوستیک 23

2-5 مدلهای شبیه سازی فعلی 24

2-5-1 مدل وولک 24

2-5-2 مدل شو 25

2-5-3  مدل تیواری 25

2-6 مدل سانگ 25

 

3-فصل سوم: روشها و تجهیزات 27

3-1 مقدمه 28

3-2 روش شبیه سازی انباشت آکوستیک 28

3-2-1 فرضیات انجام شده در مدل سازی 28

3-2-2 الگورِیتم مدل سازی 29

3-3  سیستم آزمایشگاهی فیلتراسیون آکوستیکی 30

3-3-1 سیستم آزمایشگاهی اندازه گیری توزیع اندازه ذرات 30

3-3-2 آزمایشات مربوط به دستگاه نشت دهنده آکوستیکی 33

3-3-3 مواد مورد استفاده 41

3-4 کالیبراسیون وسایل آزمایشگاهی 43

 

4- فصل چهارم: نتایج و تفسیر آنها 45

4-1 مقدمه 46

4-2 نتایج آزمایشگاهی 47

 4-2-1  اندازه گیری توزیع اندازه و غلظت کلی ذرات

 خروجی از اگزوز موتورهای دیزلی 46

 4-3 آزمایشات مربوط به دستگاه نشست دهنده آکوستیکی 49

4-3-1 آزمایش بدست آوردن فرکانس های بحرانی 49

4-3-2 رسم پروفیل فشار آکوستیکی در طول لوله 52

4-3-3 اعمال امواج آکوستیکی بر روی جریان ایروسل 55

4-3-3-1 اعمال امواج آکوستیکی برروی ذرات درحالت بدون دبی و ساکن 55

4-3-3-2 اعمال امواج بر روی جریان ایروسل 62

4-4 بررسی تأثیر عوامل موثر در بازده فیلترهای آکوستیکی

         در خروجی موتور های دیزل 67

4-4-1 بررسی تأثیر دبی عبوری از محفظه 65

4-4-2  بررسی اثر توان اعمالی امواج 72

4-4-3 بررسی تاثیر دما و فشار 75

4-4-4  تأثیرات فرکانس صدا 77

4-4-5 اثر اندازه ذرات 77

 

5- فصل پنجم 79

ضمیمه 1 85

ضمیمه 2 88

ضمیمه 3 95

فهرست مراجع 112

 

 

فهرست نمودارها

 

شکل 2-1- حجم انباشت آکوستیک 12

شکل 2-2- حجم واقعی انباشت آکوستیکی 14

شکل 2-3- مکانیزم های آشفتگی 20

شکل 2-4- شکل موج سرعت آکوستیک درشدت بالا 22

شکل 3-1- دستگاه برخورد دهنده چند مرحله ای 31

شکل 3-2- سیستم حذف ذرات بزرگ 32

شکل 3-3- دستگاه شمارنده ذرات 33

شکل 3-4- منبع امواج آکوستیکی 34

شکل 3-5- دستگاه منبع ایجاد سیگنال 35

شکل 3-6- دستگاه Amplifier 36

شکل 3-7- دستگاه فرکانس متر 36

شکل 3-8- بلندگو و horn 37

شکل 3-9- صفحه بازتاب کننده امواج و لوله فلزی برای خروج گازها 38

شکل 3-10- فشار سنج دیجیتالی 38

شکل 3-11- دستگاه تولید کننده ایروسل تک توزیعی 39

شکل 3-12- دستگاه مولد ایروسل چند توزیعی 40

شکل 3-13- دبی سنج 41

شکل 3-14- توزیع اندازه ذرات خروجی از دستگاه تولید کننده ایروسل 43

 

شکل 4-1- توزیع جرمی ذرات کوچکتر از 10 میکرون خروجی از اگزوز موتورهای دیزلی 46

شکل 4-2-  درصد جرمی توزیع ذرات کوچکتر از 10 میکرون خروجی از اگزوز موتورهای دیزلی 46

شکل 4-3- توزیع فشار آکوستیکی در cm10 از بالای لوله 49

شکل 4-4- توزیع فشار آکوستیکی در cm17 از بالای لوله 49

شکل 4-5- توزیع فشار آکوستیکی در cm150 از بالای لوله 50

شکل 4-6- مقایسه نتایج نظری و آزمایشگاهی برای فرکانس 200 (Hz) بر اساس ماکزیمم فشار 51

شکل 4-7- مقایسه نتایج نظری و آزمایشگاهی برای فرکانس 650 (Hz) بر اساس مینیمم فشار 51

شکل 4-8- مقایسه نتایج نظری و آزمایشگاهی برای فرکانس 830 (Hz) بر اساس ماکزیمم فشار 52

شکل 4-9- setup استفاده شده در حالت بدون جریان 54

شکل 4-10-  تست نشست آکوستیکی برای حالت بدون دبی و فرکانسHz 200 56

شکل 4-11- محل نقاطی که در آن ایروسل ها به دیواره چسبیده اند 57

شکل 4-12- تست نشست آکوستیکی برای حالت بدون دبی و فرکانسHz 650 58

شکل 4-13- تست نشست آکوستیکی برای حالت بدون دبی و فرکانسHz 830 59

شکل 4-14- setup استفاده شده برای اعمال امواج بر روی جریان (Q=250 L/h 61

شکل 4-15- تست نشست آکوستیکی برای حالت  Q=250 L/hourو فرکانسHz 830 62

شکل 4-16- setup استفاده شده برای اعمال امواج بر روی جریان (Q=27.8 L/min) 63

شکل 4-17- تست نشست آکوستیکی برای حالت  Q=27.8 L/minو فرکانسHz 830 64

شکل 4-18- setup استفاده شده برای استفاده از ذرات توزیع اندازه مختلف و استفاده از دستگاه شمارنده ذرات 66

شکل 4-19- تاثیر دبی جریان بر بازده فیلتراسیون 68

شکل 4-20- تاثیر زمان اعمال جریان بر  اندازه ذرات در مدل سازی عددی 69

شکل 4-21- بررسی تاثیر زمان اعمال امواج در توزیع اندازه ذرات و مقایسه بین نتایج مدل سازی عددی و نتایج آزمایشگاهی در فرکانس 200 Hz در حالت لوله سر بسته 70

شکل 4-22- تاثیر توان الکتریکی امواج بر بازده فیلتراسیون 72

شکل 4-23- تاثیر دما در نرخ انباشت آکوستیکی 74

شکل 4-24- تاثیر فشار گاز در نرخ انباشت آکوستیکی 75

شکل 4-25- تاثیر اندازه ذرات در انباشت آکوستیکی 76

 

 

 

فهرست جداول

 

جدول 4-1- فرکانس های بحرانی 48

جدول 4-2- توزیع فشار آکوستیکی در فرکانس های مختلف 48

جدول 4-3- بررسی اثر دبی در بازده فیلتراسیون 67

جدول 4-4- بررسی اثر توان صوتی در بازده فیلتراسیون 71

 

 

لیست علائم 

up سرعت ذره در میدان آکوستیک

η فاکتور گاز برد (entrainment factor)

ω فرکانس زاویه ای آکوستیک

t زمان 

φ تعویق فازی حرکت ذره نسبت به تعویق فازی حرکت گاز

Ua دامنه سرعت آکوستیک

  زمان استراحت ذره

  چگالی ذره

µ لزجت سینماتیکی

d و a قطر ذره

cε بازده برخورد 

nv تعدد عددی ذرات کوچک در حجم انباشت بعد از پر شدن

fε بازده پرشدگی

  تابع فرکانس انباشت یا ضریب انباشت

g12 تابع تعامل هیدرودینامیکی

pa فشار محیط محفظه انباشت

P فشار آکوستیکی

k عدد موج

ρo چگالی هوا

λ عدد موج

Q دبی جریان ایروسل

V سرعت عبور ذره از میان محفظه

E بازده فیلتراسیون

Nf تعداد ذرات بعد از فیلتراسیون

Ni تعداد ذرات قبل از فیلتراسیون

γ نسبت گرمای ویژه

R ثابت جهانی گازها

CI اشتعال تراکمی

SI اشتعال جرقه ای

 

توضیحات بیشتر و دانلود



صدور پیش فاکتور، پرداخت آنلاین و دانلود