柴油机排气微粒旋流净化系统的试验研究

柴油机排气微粒旋流净化系统的试验研究
   1．试验装置及微粒旋流分离原理
  柴油机排气微粒旋流净化试验系统简图。该试验系统主要由微粒凝聚器、旋流微粒分离器、微粒收集器等几部分组成。微粒旋流净化试验 系统是以小排量柴油机为依据设计的。试验用柴油机是$195型单缸柴油机。系统中的旁通气路及调节阀门用于调节通过旋流微粒分离器的气体流量，即气体流速。试验系统使用了冷凝式微粒凝聚器。 柴油机排气在进入旋流微粒分离器之前 ，首先入冷凝式微粒凝聚器。当排气受到冷却时，排气的低挥发性物质变得过饱和并在微粒表面冷凝而使微粒粒径加大并增大了微粒表面的粘性 ，加了微粒的吸附能力。经过冷却后的排气再通过一微粒聚合腔 ，气流在聚合腔内作旋转运动。由于同粒径、不同质量微粒的运动轨迹不同，促使各粒径的微粒发生碰撞而聚合在一起形成较大的微 ，经过微粒凝聚器凝聚后的柴油机排气进入旋流粒分离器。旋流微粒分离器是利用柴油机排气气的动能 ，通过螺旋形导流叶片使气流在旋流子内速旋转 ，靠离心力将气流中的微粒甩向旋流子的壁。微粒在气流的带动下，靠惯性力的作用进入粒收集器。旋流子中心区域形成的微粒稀薄区内气流靠引流管引流排出，排气得到净化。收集在粒收集器内的微粒可以定期清除，微粒收集器内抽气可以重新送回气缸，形成废气再循环，抽气可以根据要求进行调节。
  2．微粒旋流净化器特性的试验研究
  (1)微粒旋流净化 器的净化效率 试验采用稳定工况试验法 。在柴油机不同的稳定转速 Ⅳ及负荷下，测定净化系统的净化效率。部分试验结果 。试验结果表明 ，在柴油机各 种稳定工况下 ，净化器对排气微粒都有一定的净化效果 ，净化效率最高可达到60％以上，最低也接近30％。负荷增加 ，净化效率有增加的趋势 ，这可能是由于负荷较大时 ，排气中微粒浓度较大 ，更有利于微粒的凝聚和旋流分离。
  (2)微粒旋流净化器的排气阻力给出了微粒旋流净化器排气背压的测试结果。微粒旋流净化器的排气阻力是很低的，在最高转速全负荷下 ，排气背压只有 4 kPa左右 ，即使考虑气流冷却的影响，微粒旋流净化器的排气阻力也要 比一般洁净的过滤式排气微粒捕集器低。
  (3) 气体流速的影响通过调节试验系统中旁通气路的阀门可以改变通过旋流净化器的气体流量 ，可以研究气体流速对旋流净化器微粒的净化效果及排气阻力的影响 。试验是在 柴油机的转速为 1 500 r／min、全负荷工况下进行的，旋流子内气体流速对净化器性能影响的试验曲线。 试验结果表明，随着气体流速的提高，微粒净化效率略有上升，但 同时排气阻力也有一定的增加。如何协调旋流净化器的净化效率与排气阻力的关系，使净化器能够在较小的排气阻力下具有较高的净化效率 ，尚需进行深入研究。
  (4)旋流净化器的工作稳定性 微粒旋流净化器的结构和工作方式决定了它的微粒净化效率和排气阻力是稳定的，不会随着工作时间的增加而发生很大的变化 ，旋流净化器稳定的工作特性 ，避免了一般过滤式微粒净化装置随着工作时间的增加 ，排气阻力急剧上升所带来的对柴油机工作的不利影响。
  结 论
  (1)理论分析结果表明，排气气流速度及旋流子结构参数等对旋流净化器的微粒净化效率具有较大的影响。计算结果显示，合理地选择各参数可以显著提高旋流净化器的净化效率；同时表明柴油机 排气微粒的凝聚是微粒旋流分离的前提，只有经过凝聚，使排气微粒平均粒径达到1 pLm左右 ，才能基本满足实用要求。
  (2)试验结果表 明，旋流净化器 在各种 柴油机稳定工况下对排气微粒都有一定的净化效果；旋流净化器的排气阻力比一般洁净的过滤式排气微粒捕集器低 ，并且排气阻力几乎不随工作时间而发生变化 ，这是一般过滤式排气微粒捕集器所无法比拟的。
  (3)柴油机排气微粒旋流净化技术具有系统结构简单、工作稳定可靠 、造价低等优点。但是，还需要在系统的结构优化设计、净化效率的提高与排气阻力的增加之间协调矛盾 ，对微粒凝聚机理及凝聚特性、凝聚效率的提高、排气抽气对净化效率的影响 ，以及微粒特别是细小微粒的旋流分离机理等方面开展进一步深入的研究工作。

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