关键词：三维纳米发电机;;多物理场耦合仿真;;尾气处理
摘 要：交通运输业的快速发展和机动车数量的增加给人们带来便利的同时也加剧了空气污染以及温室效应,而汽车尾气是主要污染源,因此国内外众多研究学者积极投身到汽车尾气处理领域。摩擦式纳米发电机利用聚合材料的摩擦起电效应,将环境中的机械能转化为摩擦进而转化为电能,本课题利用此种原理,结合基于摩擦起电原理的三维纳米发电机(3D-TENG)技术设计了一种静电除尘尾气处理系统。本课题首选利用多物理场耦合仿真软件COMSOL对尾气处理中的静电场进行模拟还原,通过仿真得到除尘系统中小球的最优填充率;利用振动台对装置处于不同振动频率下的除尘效率进行测试,在仿真与测试结果的指导下完成整个尾气处理的核心实物装置,并通过优化,使得此装置能够良好的安装在汽车上。然后利用STM32、PM2.5传感器和蓝牙模块搭建了尾气数据采集与检测系统硬件电路,将此系统的传感器探头置于装置的进出气口来采集尾气的数据,利用蓝牙模块将数据传出。最后本课题设计了一款能够应用于手机移动端的配套软件,该软件能够作为监测的上位机,用以对尾气处理的状况进行实时监控。通过仿真验证表明,整个装置的的小球填充比在100%时能够达到最优除尘效率;装置在15Hz的振动频率下进入相对较高的除尘效率,并在20Hz左右达到效率峰值,此时如果小球比例为100%,除尘效率能达到92%。整个数据监测与传输时间隔最快能达到每3秒一次;对于移动端软件系统,能够直观的展示任意时间内,汽车尾气出入口的PM2.5平均浓度。整个尾气处理系统拥有成本低廉、对微粒过滤效率高、易于检测等优点,能够良好的应用在汽车等机动车上。
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