پروژه فیلتراسیون آکوستیکی 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 موتورهای دیزل

نتایج حاصله از این بررسی نشان می دهد که ذرات آلاینده دارای قطر تقریبی 0.01 تا 10 میکرون با حداکثر تجمع جرمی در محدوده کمتر از 0.4 میکرون می باشند. بدین منظور، مدل سازی عددی در مورد انباشت اکوستیکی برای به دست 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، می توان از چند سیستم به صورت موازی استفاده نمود.

سیستم جدا ساز ذرات معلق در گازها

صافی های کیسه ای (الیافی)

در این عملیات سیال حاوی ذرات از یک محیط فیلتر عبور کرده، ذرات در فیلتر گیر می کنند و سیال تمیز خارج می گردد. محیط فیلتر می تواند برجی از دانه های ریز مانند شن، ماسه و... باشد یا یک لایه پارچه یا کاغذ و یا ضخامتی از الیاف درهم باشد. نوع بافت پارچه و حالت الیاف روی افت فشار و بازدهی فیلتر موثر می باشند اهمیت این فیلترها در جداسازی ذرات جامد به صورت خشک (پودری) می باشد. عمل فیلتراسیون باید در دمایی بالاتر از نقطه شبنم گاز صورت گیرد. افت فشار فیلترها بسته به نوع محیط فیلتری از 0.5 تا 2.5 کیلو پاسکال می باشد و سرعتهای فیلتراسیون بین 0.3 تا 3 متر در دقیقه می باشد. این فیلترها به دلیل ایجاد افت فشار در سیستم فیلتراسیون، نیاز به تعویض سریع، کاهش دبی عبوری با گذشت زمان به صورت کارآمد نمی توانند در سیستم فیلتراسیون خروجی موتورهای دیزل مورد استفاده قرار بگیرند، با وجود این در برخی از موارد از این فیلترها استفاده می شود.

ته نشین کننده های ثقلی

این سیستم ها که احتمالا ساده ترین و ابتدایی ترین روش جمع آوری ذرات از یک جریان گاز می باشند، متشکل از یک محفظه می باشند که در آنها سرعت جریان گاز حامل ذرات به خاطر تغییر مقطع کاهش یافته و ذرات در اثر نیروی ثقل خودشان ته نشین می شوند. عملا در صنعت از آنها برای جداسازی ذرات با قطر بزرگتر از 43 استفاده می شود و برای ذرات کوچکتر حجم محفظه به قدری بزرگ خواهد شد که مقرون به صرفه نخواهد بود و بازده بسیار کم می گردد. سرعت گاز درون محفظه معمولاً باید کمتر از 2 متر بر ثانیه باشد. افت فشار این سیستم ها کم است و شامل افت فشار ناشی از ورود و خروج گاز به درون محفظه می باشد و معمولا به عنوان یک واحد پیش تمیز کننده برای سیستم های دیگر فیلتراسیون مورد استفاده قرار می گیرد. این سیستم نیز به دلیل عدم کارایی در رنج ذرات خروجی از موتورهای دیزل نمی توانند در سیستم فیلتراسیون خروجی موتورهای دیزل مورد استفاده قرار گیرد.

در ادامه، سایر سیستم ها (شوینده ها، سیکلونها، نشست دهنده الکتروستاتیک) بررسی خواهند شد. ...

در این تحقیق سعی در بررسی استفاده از امواج آکوستیکی به طور مستقل برای حذف ذرات معلق در هوا داریم که تا به کنون از امواج آکوستیکی برای افزایش راندمان سیستم های دیگر استفاده میشده است.

بنابراین در ادامه به بررسی کارهای انجام شده در این زمینه و مکانیزم های انباشت آکوستیکی می پردازیم.

مکانیزمهای انباشت آکوستیک

بعد از خلاصه کردن نتایج اولین پژوهشها، مدنیکوف به این نتیجه رسید که مهمترین مکانیزم برای انباشت ذرات در میدان صوتی فعل و انفعالاتی به اصطلاح اورتوکینتیک می باشد. مدنیکوف تئوری ساده شده ای را ارائه داد که انباشت ذرات در اثر این فعل و انفعال را تشریح می کند. بر اساس مکانیزم فعل و انفعال اورتوکینتیک، ذرات کوچک توسط ذرات بزرگتر جمع آوری می شوند و این جمع آوری به علت حرکت نوسانی نسبی است که توسط میدان صوتی ایجاد می شود. یکی از اصول مهم در این فرآیند گاز برد کردن آکوستیک ذرات می باشد. ذراتی که در معرض میدان صوتی قرار می گیرند سعی می کنند با حرکت نوسانی رسانه گازی به عقب و جلو حرکت کنند. در نتیجه، ذرات با اندازه های مختلف نسبت به همدیگر در حرکتند. هر ذره بزرگ، به عنوان یک گرد آورنده، حجم معینی را در هر سیکل آکوستیک با حرکت نسبی خود به ذرات کوچک جاروب می کند. در صورت وجود هر ذره ریز در این حجم، این ذرات به ذره بزرگ برخورد کرده و به آن می چسبند. این حجم همانطور که در شکل (2-1) نشان داده شده اغلب به عنوان حجم انباشت آکوستیک نامیده می شود. هر چه حجم انباشت بزرگتر باشد، احتمال گرد آوری ذرات ریز بیشتری در هر زمان واحد وجود دارد. بنابراین، سرعت انباشت با ابعاد حجم انباشت رابطه مستقیم دارد. ...