امکان سنجی فیلتراسیون آکوستیکی جهت جذب ذرات خروجی از اگزوز موتورهای دیزل

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.

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
فهرست مراجع    83
ضمیمه 1    85
ضمیمه 2    88
ضمیمه 3    95

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