بررسی امكان سنجی فیلتراسیون آكوستیكی جهت جذب ذرات خروجی از اگزوز موتورهای دیزل

 بررسی امكان سنجی فیلتراسیون آكوستیكی جهت جذب ذرات خروجی

از اگزوز موتورهای دیزل دارای115صفحه وبافرمت ورد وقابل ویرایش

برای دریافت درجه كارشناسی ارشد در رشته مهندسی خودرو

گرایش سیستم محركه خودرو

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.

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                         صفحه

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  مكانیزمهای انباشت آكوستیك................... 11

2-4-1 فعل و انفعالات اورتوكینتیك.................. 11

2-4-2 فعل و انفعالات هیدرودینامیك................. 17

2-4-3 واكنشهای آشفتگی آكوستیك.................... 20

2-4-4 روان سازی آكوستیك.......................... 19

2-4-5 توده آكوستیك............................... 23

2-5 مدلهای شبیه سازی فعلی........................ 24

2-5-1 مدل وولك................................... 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 آكوستیك................. 28

3-2-1 فرضیات انجام شده در مدل سازی............... 28

3-2-2 الگورِیتم مدل سازی.......................... 29

3-3  سیستم آزمایشگاهی فیلتراسیون آكوستیكی........ 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 كالیبراسیون 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 فركانس صدا........................ 77

4-4-5 اثر اندازه ذرات............................ 77

5- فصل پنجم...................................... 79

فهرست مراجع...................................... 83

ضمیمه 1.......................................... 85

ضمیمه 2.......................................... 88

ضمیمه 3.......................................... 95

فهرست نمودارها

شکل 2-1- حجم انباشت آكوستیك......................... 12

شکل 2-2- حجم واقعی انباشت آكوستیكی.................. 14

شكل 2-3- مكانیزم های آشفتگی......................... 20

شكل 2-4- شكل موج سرعت آكوستیك درشدت بالا............. 22

شكل 3-1- دستگاه برخورد دهنده چند مرحله ای........... 31

شكل 3-2- سیستم حذف ذرات بزرگ........................ 32

شكل 3-3- دستگاه شمارنده ذرات........................ 33

شكل 3-4- منبع امواج آکوستیکی........................ 34

شكل 3-5- دستگاه منبع ایجاد سیگنال................... 35

شكل 3-6- دستگاه Amplifier............................. 36

شکل 3-7- دستگاه فرکانس متر.......................... 36

شكل 3-8- بلندگو و horn............................... 37

شكل 3-9- صفحه بازتاب كننده امواج و لوله فلزی برای خروج گازها.................................................... 38

شكل 3-10- فشار سنج دیجیتالی......................... 38

شكل 3-11- دستگاه تولید کننده ایروسل تک توزیعی....... 39

شكل 3-12- دستگاه مولد ایروسل چند توزیعی............. 40

شكل 3-13- دبی سنج................................... 41

شكل 3-14- توزیع اندازه ذرات خروجی از دستگاه تولید كننده ایروسل.................................................... 43

شكل 4-1- توزیع جرمی ذرات كوچكتر از 10 میكرون خروجی از اگزوز موتورهای دیزلی...................................... 46

شكل 4-2-  درصد جرمی توزیع ذرات كوچكتر از 10 میكرون خروجی از اگزوز موتورهای دیزلی...................................... 46

شكل 4-3- توزیع فشار آكوستیكی در cm10 از بالای لوله.... 49

شكل 4-4- توزیع فشار آكوستیكی در cm17 از بالای لوله.... 49

شكل 4-5- توزیع فشار آكوستیكی در cm150 از بالای لوله... 50

شكل 4-6- مقایسه نتایج نظری و آزمایشگاهی برای فركانس 200 (Hz) بر اساس ماكزیمم فشار................................... 51

شكل 4-7- مقایسه نتایج نظری و آزمایشگاهی برای فركانس 650 (Hz) بر اساس مینیمم فشار.................................... 51

شكل 4-8- مقایسه نتایج نظری و آزمایشگاهی برای فركانس 830 (Hz) بر اساس ماكزیمم فشار................................... 52

شكل 4-9- setup استفاده شده در حالت بدون جریان........ 54

شكل 4-10-  تست نشست آكوستیكی برای حالت بدون دبی و فركانسHz 200.................................................... 56

شكل 4-11- محل نقاطی كه در آن ایروسل ها به دیواره چسبیده اند 57

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/h               61

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 ذرات.............. 66

شكل 4-19- تاثیر دبی جریان بر بازده فیلتراسیون....... 68

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

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 بسته............................. 70

شكل 4-22- تاثیر توان الكتریكی امواج بر بازده فیلتراسیون    72

شكل 4-23- تاثیر دما در نرخ انباشت آكوستیكی.......... 74

شكل 4-24- تاثیر فشار گاز در نرخ انباشت آكوستیكی..... 75

شكل 4-25- تاثیر اندازه ذرات در انباشت آكوستیكی...... 76

فهرست جداول

جدول 4-1- فرکانس های بحرانی......................... 48

جدول 4-2- توزیع فشار آكوستیكی در فركانس 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 آكوستیك

η        فاكتور گاز برد (entrainment factor)

ω        فركانس زاویه ای آكوستیك

t        زمان

φ        تعویق فازی حركت ذره نسبت به تعویق فازی حركت گاز

Ua       دامنه سرعت آكوستیك

       زمان استراحت ذره

       چگالی ذره

µ        لزجت سینماتیكی

d و a    قطر ذره

cε        بازده برخورد

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

fε        بازده پرشدگی

       تابع فركانس انباشت یا ضریب انباشت

g12       تابع تعامل هیدرودینامیكی

pa        فشار محیط محفظه انباشت

P        فشار آكوستیكی

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 تراكمی

SI       اشتعال جرقه ای