دانلود پایان نامه كارشناسی 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 امكان سنجی استفاده از امواج آكوستیكی 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 كه از امواج آكوستیكی برای جداسازی ذرات گازهای خروجی اگزوز با بازده بالا می توان استفاده كرد. سیستم فیلتراسیون آكوستیكی برای ذرات بزرگتر از 0.2 میكرون 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 كه
برای افزایش بازده فیلتراسیون در دبی های بالاتر، میتوان از چند سیستم به صورت موازی استفاده نمود.
کلمات کلیدی:
ایروسل
موتورهای دیزل
فیلتراسیون آكوستیكی
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 (كه امروزه به عنوان مكمل 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: مقدمه1
2- فصل دوم: مروری بر ادبیات و اصول و مبانی نظری4
2-1 مقدمه5
2-2 سیستم جدا ساز ذرات معلق در گازها8
2-2-1 صافی های کیسه ای8
2-2-2 ته نشین کننده های ثقلی8
2-2-3 شوینده ها9
2-2-4 سیکلونها9
2-2-5 نشست دهنده الکتروستاتیک9
2-3 زمینه تاریخی10
2-4 مكانیزمهای انباشت آكوستیك11
2-4-1 فعل و انفعالات اورتوكینتیك11
2-4-2 فعل و انفعالات هیدرودینامیك17
2-4-3 واكنشهای آشفتگی آكوستیك20
2-4-4 روان سازی آكوستیك19
2-4-5 توده آكوستیك23
2-5 مدلهای شبیه سازی فعلی24
2-5-1 مدل وولك24
2-5-2 مدل شو25
2-5-3 مدل تیواری25
2-6 مدل سانگ25
3-فصل سوم: روشها و تجهیزات27
3-1 مقدمه28
3-2 روش شبیه سازی انباشت آكوستیك28
3-2-1 فرضیات انجام شده در مدل سازی28
3-2-2 الگورِیتم مدل سازی29
3-3 سیستم آزمایشگاهی فیلتراسیون آكوستیكی30
3-3-1 سیستم آزمایشگاهی اندازه گیری توزیع اندازه ذرات30
3-3-2 آزمایشات مربوط به دستگاه نشت دهنده آکوستیکی33
3-3-3 مواد مورد استفاده41
3-4 كالیبراسیون وسایل آزمایشگاهی 43
4- فصل چهارم: نتایج و تفسیر آنها45
4-1 مقدمه46
4-2 نتایج آزمایشگاهی47
4-2-1 اندازه گیری توزیع اندازه و غلظت کلی ذرات
خروجی از اگزوز موتورهای دیزلی46
4-3 آزمایشات مربوط به دستگاه نشست دهنده آکوستیکی49
4-3-1 آزمایش بدست آوردن فرکانس های بحرانی49
4-3-2 رسم پروفیل فشار آکوستیکی در طول لوله52
4-3-3 اعمال امواج آکوستیکی بر روی جریان ایروسل55
4-3-3-1 اعمال امواج آکوستیکی برروی ذرات درحالت بدون دبی و ساکن55
4-3-3-2 اعمال امواج بر روی جریان ایروسل62
4-4 بررسی تأثیر عوامل موثر در بازده فیلترهای آکوستیکی
در خروجی موتور های دیزل67
4-4-1 بررسی تأثیر دبی عبوری از محفظه65
4-4-2 بررسی اثر توان اعمالی امواج72
4-4-3 بررسی تاثیر دما و فشار75
4-4-4 تأثیرات فركانس صدا77
4-4-5 اثر اندازه ذرات77
5- فصل پنجم79
ضمیمه 185
ضمیمه 288
ضمیمه 395
فهرست مراجع112
فهرست نمودارها
شکل 2-1- حجم انباشت آكوستیك12
شکل 2-2- حجم واقعی انباشت آكوستیكی14
شكل 2-3- مكانیزم های آشفتگی20
شكل 2-4- شكل موج سرعت آكوستیك درشدت بالا22
شكل 3-1- دستگاه برخورد دهنده چند مرحله ای31
شكل 3-2- سیستم حذف ذرات بزرگ32
شكل 3-3- دستگاه شمارنده ذرات33
شكل 3-4- منبع امواج آکوستیکی34
شكل 3-5- دستگاه منبع ایجاد سیگنال35
شكل 3-6- دستگاه Amplifier36
شکل 3-7- دستگاه فرکانس متر36
شكل 3-8- بلندگو و horn37
شكل 3-9- صفحه بازتاب كننده امواج و لوله فلزی برای خروج گازها38
شكل 3-10- فشار سنج دیجیتالی38
شكل 3-11- دستگاه تولید کننده ایروسل تک توزیعی39
شكل 3-12- دستگاه مولد ایروسل چند توزیعی40
شكل 3-13- دبی سنج41
شكل 3-14- توزیع اندازه ذرات خروجی از دستگاه تولید كننده ایروسل43
شكل 4-1- توزیع جرمی ذرات كوچكتر از 10 میكرون خروجی از اگزوز موتورهای دیزلی46
شكل 4-2- درصد جرمی توزیع ذرات كوچكتر از 10 میكرون خروجی از اگزوز موتورهای دیزلی46
شكل 4-3- توزیع فشار آكوستیكی در cm10 از بالای لوله49
شكل 4-4- توزیع فشار آكوستیكی در cm17 از بالای لوله49
شكل 4-5- توزیع فشار آكوستیكی در cm150 از بالای لوله50
شكل 4-6- مقایسه نتایج نظری و آزمایشگاهی برای فركانس 200 (Hz) بر اساس ماكزیمم فشار51
شكل 4-7- مقایسه نتایج نظری و آزمایشگاهی برای فركانس 650 (Hz) بر اساس مینیمم فشار51
شكل 4-8- مقایسه نتایج نظری و آزمایشگاهی برای فركانس 830 (Hz) بر اساس ماكزیمم فشار52
شكل 4-9- setup استفاده شده در حالت بدون جریان54
شكل 4-10- تست نشست آكوستیكی برای حالت بدون دبی و فركانسHz 20056
شكل 4-11- محل نقاطی كه در آن ایروسل ها به دیواره چسبیده اند57
شكل 4-12- تست نشست آكوستیكی برای حالت بدون دبی و فركانسHz 650 58
شكل 4-13- تست نشست آكوستیكی برای حالت بدون دبی و فركانسHz 830 59
شكل 4-14- setup استفاده شده برای اعمال امواج بر روی جریان (Q=250 L/h61
شكل 4-15- تست نشست آكوستیكی برای حالت Q=250 L/hourو فركانسHz 830 62
شكل 4-16- setup استفاده شده برای اعمال امواج بر روی جریان (Q=27.8 L/min)63
شكل 4-17- تست نشست آكوستیكی برای حالت Q=27.8 L/minو فركانسHz 830 64
شكل 4-18- setup استفاده شده برای استفاده از ذرات توزیع اندازه مختلف و استفاده از دستگاه شمارنده ذرات66
شكل 4-19- تاثیر دبی جریان بر بازده فیلتراسیون68
شكل 4-20- تاثیر زمان اعمال جریان بر اندازه ذرات در مدل سازی عددی69
شكل 4-21- بررسی تاثیر زمان اعمال امواج در توزیع اندازه ذرات و مقایسه بین نتایج مدل سازی عددی و نتایج آزمایشگاهی در فركانس 200 Hz در حالت لوله سر بسته70
شكل 4-22- تاثیر توان الكتریكی امواج بر بازده فیلتراسیون72
شكل 4-23- تاثیر دما در نرخ انباشت آكوستیكی74
شكل 4-24- تاثیر فشار گاز در نرخ انباشت آكوستیكی75
شكل 4-25- تاثیر اندازه ذرات در انباشت آكوستیكی76
فهرست جداول
جدول 4-1- فرکانس های بحرانی48
جدول 4-2- توزیع فشار آكوستیكی در فركانس های مختلف48
جدول 4-3- بررسی اثر دبی در بازده فیلتراسیون67
جدول 4-4- بررسی اثر توان صوتی در بازده فیلتراسیون71
لیست علائم
upسرعت ذره در میدان آكوستیك
ηفاكتور گاز برد (entrainment factor)
ωفركانس زاویه ای آكوستیك
tزمان
φتعویق فازی حركت ذره نسبت به تعویق فازی حركت گاز
Uaدامنه سرعت آكوستیك
زمان استراحت ذره
چگالی ذره
µلزجت سینماتیكی
d و aقطر ذره
cεبازده برخورد
nvتعدد عددی ذرات كوچك در حجم انباشت بعد از پر شدن
fεبازده پرشدگی
تابع فركانس انباشت یا ضریب انباشت
g12تابع تعامل هیدرودینامیكی
pa فشار محیط محفظه انباشت
Pفشار آكوستیكی
kعدد موج
ρoچگالی هوا
λعدد موج
Qدبی جریان ایروسل
Vسرعت عبور ذره از میان محفظه
Eبازده فیلتراسیون
Nfتعداد ذرات بعد از فیلتراسیون
Niتعداد ذرات قبل از فیلتراسیون
γنسبت گرمای ویژه
Rثابت جهانی گازها
CIاشتعال تراكمی
SIاشتعال جرقه ای
بررسی تأثیر کیفیت خدمات بانکداری الکترونیک بر رضایتمندی مشتریان با استفاده از مدل ترکیبی کانو و تح