基于文丘里效應的機動車尾氣凈化裝置的研究

陳蘇杭 王志明 郭文堅 林穎

摘要：在全球變暖以及空氣質(zhì)量不斷惡化的大環(huán)境下，環(huán)境保護成為世界性的熱點問題。而機動車在成為人們生活必需品的同時，也帶來了對空氣的污染。因此，我們的團隊研究機動車尾氣凈化技術，發(fā)現(xiàn)了廢氣凈化顛覆性新技術——利用文丘里效應真空湮滅尾氣。文丘里管的入口有機動車尾氣進入后，橫截面極小的噴管排出少部分尾氣。當截面逐漸變小時，增大了壓縮空氣的壓強，使得流速變大，使得一定的真空度在吸附腔的進口內(nèi)產(chǎn)生，文氏管內(nèi)吸入周圍的空氣，高溫尾氣與大量的新鮮空氣的經(jīng)過多次的物理化學反應，其中的有毒有害物質(zhì)消失殆盡，而達到湮滅尾氣的目的。

關鍵詞：文丘里管;文丘里效應;尾氣凈化

一、研究工作的背景

隨著我國社會的進步和我國人民不斷提高的生活水平，汽車作為重要的代步工具成了大多數(shù)家庭的生活必需品。隨之而來的就是機動車尾氣的污染問題，機動車尾氣污染具有擴散快、污染廣的特點，對空氣環(huán)境和人體健康都造成了一定的威脅。

二、主要研究內(nèi)容

（一）機動車尾氣處理裝置的核心裝置制作的原理

文丘里效應也被稱為文氏效應，由意大利物理學家文丘里（Giovanni Battista Venturi）發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象并由他的名字命名。當縮小的過流斷面有流體受限流動通過時，現(xiàn)象是出現(xiàn)流速增大，且其流速與過流斷面的關系是成反比。而流速的增大隨著流體壓力的降低便是著名的“伯努利定律”，即文丘里現(xiàn)象。簡單來說，這種效應是指低壓產(chǎn)生于高速流動的流體附近，吸附作用由此產(chǎn)生。文氏管便是利用這種效應制作出。因為節(jié)流元件有流體經(jīng)過時，由于流體流速變大，壓力減小，空泡生成、長大及潰滅的流體動力學現(xiàn)象因相應溫度時的飽和蒸氣壓高于液體中局部壓力而出現(xiàn)便是空化。空化作用可用于促進化學反應，將液內(nèi)懸浮物粉碎，殺滅細菌等。因文丘里效應使機動車尾氣凈化裝置中的流體被加速，高速流體沖擊摩擦，致使流體中的液體產(chǎn)生空化現(xiàn)象，空化作用促進了尾氣被凈化時所發(fā)生的化學反應。

（二）機動車尾氣處理裝置的核心裝置工作的原理

文丘里管里面有氣體或液體流動時，在最窄處的管道，達到最大值的動態(tài)壓力（速度頭），達到最小值靜態(tài)壓力（靜息壓力），由于通流橫截面面積的減小使得氣體（液體）的速度上升。在同一時間內(nèi)整個涌流都要經(jīng)過管道變小的過程，同時壓力也在減小。壓力差因此產(chǎn)生，測量或者給流體提供一個外在吸力的便是這個壓力差。對理想流體（液體或者氣體，其不具有摩擦和不可壓縮）來說，通過伯努利方程獲得其壓力差。當涌流達到了聲速，文丘里管將被稱為拉法爾噴嘴（漸縮闊噴嘴）。

（三）機動車尾氣處理裝置的核心裝置工作原理的運用

當阻擋物有風吹過時，由文丘里效應的原理可知氣壓相對較低的地方是在阻擋物的背風面上方端口附近，從而產(chǎn)生吸附作用并導致空氣的流動。把氣流由粗變細，氣體流速加快，一個“真空”區(qū)由氣體在文氏管出口的后側形成就是文氏管的原理的運用。一定的吸附作用在這個真空區(qū)靠近工件時會對工件產(chǎn)生。文丘里管的入口有機動車尾氣進入后，截面很小的噴管排出少部分尾氣。隨著截面逐漸減小，壓縮空氣的壓強增大，流速變大，這時一定的真空度就在吸附腔的進口內(nèi)產(chǎn)生，致使文氏管內(nèi)吸入周圍空氣，高溫尾氣與大量的新鮮空氣的經(jīng)過多次的物理化學反應，其中的有毒有害物質(zhì)消失殆盡，而達到湮滅尾氣的目的。

（四）機動車尾氣處理裝置的核心裝置工作原理運用的優(yōu)勢

1.該機動車尾氣凈化裝置更加環(huán)保。易對環(huán)境造成重金屬污染就是三元催化劑中使用的鉑、銠、鈀這些重金屬。而我們的裝置，是將大量的新鮮空氣吸附到裝置里與高溫尾氣經(jīng)過多次的物理化學反應，其中的有毒有害物質(zhì)消失殆盡，而達到湮滅尾氣的目的。

2.該機動車尾氣凈化裝置對使用環(huán)境的要求低、凈化效率高且使用壽命長。三元催化器對于溫度的要求較高，當氣體溫度太低時，有效的廢氣轉換將不能進行，當氣體溫度過高時，會導致催化劑失效。而我們的裝置是利用物理性質(zhì)使機動車尾氣與新鮮的空氣發(fā)生化學反應，從而達到凈化尾氣的效果，這就避免了像三元催化器那樣的缺陷。

3.該機動車尾氣凈化裝置通用性強、穩(wěn)定性高、使用體驗更好。三元催化器不易與發(fā)動機匹配且三元催化器安裝后，含鉛汽油汽車將不能使用，汽車不能長期急速運轉，發(fā)動機轉速不能忽快忽慢，點火時間不能太遲，不能長時間拔出高壓線試火。而我們的裝置因為其特有的工作原理，避免了這樣的麻煩。

4.我們的機動車尾氣凈化裝置使用成本低、使用壽命長。三元催化器除本身價格昂貴之外，在清洗、修理等方面也需要一定的資金，而我們的裝置得益于簡易的結構以及獨特的凈化原理，不僅成本低，而且使用壽命長。

三、結語

與其他機動車尾氣凈化裝置相比，基于文丘里效應的機動車尾氣凈化裝置具有更加環(huán)保，對使用環(huán)境的要求更低、凈化效率更高，通用性更強、使用成本更低、使用壽命更長，使用體驗更好等優(yōu)點。

參考文獻：

[1]周逸瀟許慶峰，楊麗，等.汽車尾氣污染的凈化處理技術[J].天津化工，2019，32（6）.

本文系泉州信息工程學院大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目資助。