基于PBRs的低温等离子体技术再生DPF的试验研究

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采用柴油机颗粒物捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)可以高效的捕集柴油机排气中的颗粒物(Particulate Matter,PM),但必须适时对DPF进行再生。低温等离子体(Non-thermal Plasma,NTP)技术是一种新型的排气净化技术,利用NTP的强氧化性,可在远低于PM起燃温度的情况下实现PM的氧化分解,达到去除PM的效果。本文以NTP技术为基础,自行设计了填充床介质阻挡放电反应器(Packed Bed Reactors,PBRs),开展了不同测量电容对放电影响的试验,进行了工作参数改变对PBRs性能影响的研究,最后利用PBRs探究了再生策略对DPF再生的影响。主要研究内容如下:(1)改变测量电容,通过外加电压信号和Lissajous图形,分析了介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)反应器介质等效电容、气隙等效电容、维持电压等参数,探究了测量电容对DBD反应器放电的影响。研究结果表明,介质等效电容随着测量电容的增大而减小,气隙等效电容随着测量电容的增大呈上升趋势。气隙有效电场强度和气隙折合电场强度与测量电容值呈负相关,而维持电压、DBD反应器功率和单周期传输电荷也随着测量电容值增大而减小。(2)以自行设计的PBRs为研究对象,改变工作参数,以臭氧浓度、臭氧产量和臭氧产率为指标,分析了PBRs功率、填充颗粒的材料与粒径、反应气的种类与流量、冷却介质的种类、冷却水的温度等参数对臭氧生成的影响,探究了工作参数对PBRs性能的影响。研究结果表明,相较于空气,采用氧气作反应气可以获得更高的臭氧浓度和臭氧产量,反应气流量与臭氧浓度呈负相关,与臭氧产量呈正相关。增大填充颗粒粒径、增加介电常数会提高臭氧浓度和臭氧产量;填充ZrO2颗粒,臭氧浓度最高可达112.4 g/m3。采用水或空气作为冷却介质时,臭氧产率存在较大的差异。臭氧浓度和臭氧产量会随着冷却水温度的提高而逐渐下降。(3)利用PBRs探究不同再生策略对DPF再生效果的影响。以氧化产物、PM去除量、轴向和径向温度等作为评价参数,探究不同臭氧浓度、不同PM捕集时间对DPF再生的影响。研究结果表明,提高臭氧浓度,CO、CO2体积分数呈上升趋势,PM去除量与再生温度峰值逐步提高,并且再生温度峰值到达时间逐渐提前。增加PM的捕集时间,CO、CO2体积分数逐渐增加,PM去除量与再生温度峰值也呈上升趋势,然而再生温度峰值到达时间逐步推迟。沿DPF轴向,再生温度峰值随着测温点的后移逐步升高,DPF后部再生温度峰值到达时间滞后于DPF前部。沿DPF径向,由内至外再生温度峰值呈递减趋势,并且再生温度峰值到达时间逐渐滞后。
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