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汽车尾气排放对城市空气的污染日趋严重,排放法规日益严格,解决在富氧条件下稀燃汽油机和柴油机尾气中的NOx的高效脱除问题极富挑战性,而低温等离子体技术处理气体污染物具有独特的优点,成为尾气治理领域的新技术。
本论文以利用低温等离子体技术减少尾气中NO的排放为主要目标,通过理论分析、试验研究和化学动力学模拟,详细分析了NO在低温等离子体中的转化脱除机理,旨在为后续研究和最终反应器的优化奠定理论和实验基础。
首先,从理沦上综合分析各种放电形式和反应器特点,根据汽车尾气治理净化装置的特殊要求和反应器设计的基本原则,得出采用双极性高压窄脉冲引发DBD放电反应器更有利于处理汽车尾气中的气体污染物的结论,并分析研究了提高该反应器系统的电场强度和能量利用率进而提高气体电离系数增加高能电子数目的有效途径,推导了放电空间电场强度的数学表达式。结合等离子体化学理论分析了低温等离子体反应过程中的能量传递和基元反应过程。
继而,根据汽车尾气的特点,确定实验研究的气体体系,对体系中的背景气体的等离子体状态以及初始活性物种的形成过程和产率以及NO的宏观转化途径进行了分析研究。设计了介质阻挡放电等离子体试验装置,通过实验研究了NO在四种模拟气体体系(体系1:NO+He;体系2:NO+02+He;体系3:NO+02+H20+He和体系4:NO+02+H20+CO+He)中的转化脱除规律,考察了电源电压,02,含湿率,CO等对NO转化脱除的影响规律。
最后,利用低温等离子体化学等知识结合前面的研究结果,对NO在气体体系4(NO+02+H20+CO+He)中转化分解的基元反应过程进行了综合分析研究,通过模型假设建立了简化的机理模型,并利用MATLAB对体系4中NO转化脱除的机理模型进行了化学反应动力学辅助计算和模拟,证明了本文所提出的NO转化脱除的基元反应模型和机理的可靠性。