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低温等离子体技术再生DPF的活性自由基发射光谱诊断研究
| 论文题名： | 低温等离子体技术再生DPF的活性自由基发射光谱诊断研究 |
| 关键词： | 汽车柴油机;颗粒捕集器;低温等离子体;活性自由基;发射光谱 |
| 摘要： | 《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》已于2016年12月颁布，对柴油机颗粒物排放限值从4.5mg/km降到3mg/km，是当前最严的排放标准之一，使得柴油机颗粒捕集器（DPF,Diesel Particulate Filter）已经成为尾气处理不可少的装置。DPF技术的关键在于沉积碳烟的高效经济氧化，低温等离子体中富含大量活性自由基，可在较低温度下实现碳烟氧化，具有应用于DPF再生的潜力。 本文基于双层介质阻挡放电低温等离子体发生装置，利用发射光谱对O2低温等离子体中活性自由基的种类及浓度变化进行了诊断研究，探讨关键活性自由基的生成及反应路径，以期获得低温等离子体活性自由基的可控制备，实现DPF的高效经济。 通过对O2低温等离子体及O3生成相关研究综述发现，O2低温等离子体中，可能产生的激发态氧原子有1D°、1F、1S、3S°、3P°、1D、3P、3D、3D°、3F、5S°、5P和5D°等，是O3产生过程中的关键中间态自由基。O（5P，10.74ev→5S°，9.15ev）和O（3P，10.99ev→3S°，9.52ev）等跃迁过程对O3生成路径具有重要贡献。 发射光谱诊断实验发现，在本文实验条件下，可在543.6nm、700.1nm、715.6nm、747.8nm、777.4nm和844.7nm六处检测到对应的氧原子跃迁谱线。放电电压增加，747.8nm处O（3D，15.78ev→3P°，14.12ev）、777.4nm处O（5P，10.74ev→5S°，9.15ev）和700.1nm处O（3D°，12.76ev→3P，10.99ev）光谱强度随之增加，543.6nm处O（5S°，13.02ev→5P，10.74ev）和844.7nm处O（3P，10.99ev→3S°，9.52ev）跃迁光谱强度变化较小；放电间隙增加至2mm时，活性自由基的浓度均下降；氧气流量变化对中间活性自由基的影响很小，但过大不利于臭氧的生成。进一步分析显示活性自由基通过四条主要路径生成臭氧:（1）O2→O（1D,14.46ev）→O（1D°，12.73ev）→O（3P，0ev）；（2）O2→O（5P，10.74ev）→O（5S°，9.15ev）→O（3P，0ev）；（3）O2→O（3D°，12.76ev）→O（3P，10.99ev）+hv，O（3P，10.99ev）→O（3S°，9.52ev）→O（3P，0ev）；（4）O2→O（3D,15.78ev）→O（3P°，14.12ev）→O（3P，0ev）。其中路径（2）最为主要和稳定。 在实验的基础上，建立了O2低温等离子体反应机理，利用零维等离子体模型（zdplaskin）对实验工况进行了模拟。结果显示，O3生成浓度与实验结果基本吻合，其浓度随着约化场强增大而增大。约化场强为49.25Td时，即间隙为1mm，电压为2.5Kv时,大多数活性自由基浓度处于1010到1012cm-3之间，基态氧原子（O（3P，0ev））生成速率最快，达到4.3×1024cm-3/s；激发态O（5So,9.15ev）浓度仅次于氧原子，O（3So,9.52ev）浓度最低，仅为4.26×107cm-3。 |
| 作者： | 袁封明 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 吴辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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