陳蘇杭 王志明 郭文堅(jiān) 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(hù)成為世界性的熱點(diǎn)問(wèn)題。而機(jī)動(dòng)車(chē)在成為人們生活必需品的同時(shí)，也帶來(lái)了對(duì)空氣的污染。因此，我們的團(tuán)隊(duì)研究機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣凈化技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了廢氣凈化顛覆性新技術(shù)——利用文丘里效應(yīng)真空湮滅尾氣。文丘里管的入口有機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣進(jìn)入后，橫截面極小的噴管排出少部分尾氣。當(dāng)截面逐漸變小時(shí)，增大了壓縮空氣的壓強(qiáng)，使得流速變大，使得一定的真空度在吸附腔的進(jìn)口內(nèi)產(chǎn)生，文氏管內(nèi)吸入周?chē)目諝猓邷匚矚馀c大量的新鮮空氣的經(jīng)過(guò)多次的物理化學(xué)反應(yīng)，其中的有毒有害物質(zhì)消失殆盡，而達(dá)到湮滅尾氣的目的。

關(guān)鍵詞：文丘里管;文丘里效應(yīng);尾氣凈化

一、研究工作的背景

隨著我國(guó)社會(huì)的進(jìn)步和我國(guó)人民不斷提高的生活水平，汽車(chē)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(lái)的就是機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣的污染問(wèn)題，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染具有擴(kuò)散快、污染廣的特點(diǎn)，對(duì)空氣環(huán)境和人體健康都造成了一定的威脅。

二、主要研究?jī)?nèi)容

（一）機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣處理裝置的核心裝置制作的原理

文丘里效應(yīng)也被稱為文氏效應(yīng)，由意大利物理學(xué)家文丘里（Giovanni Battista Venturi）發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象并由他的名字命名。當(dāng)縮小的過(guò)流斷面有流體受限流動(dòng)通過(guò)時(shí)，現(xiàn)象是出現(xiàn)流速增大，且其流速與過(guò)流斷面的關(guān)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(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這種效應(yīng)是指低壓產(chǎn)生于高速流動(dòng)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(yīng)制作出。因?yàn)楣?jié)流元件有流體經(jīng)過(guò)時(shí)，由于流體流速變大，壓力減小，空泡生成、長(zhǎng)大及潰滅的流體動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象因相應(yīng)溫度時(shí)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(jìn)化學(xué)反應(yīng)，將液內(nèi)懸浮物粉碎，殺滅細(xì)菌等。因文丘里效應(yīng)使機(jī)動(dòng)車(chē)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(jìn)了尾氣被凈化時(shí)所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。

（二）機(jī)動(dòng)車(chē)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(dòng)時(shí)，在最窄處的管道，達(dá)到最大值的動(dòng)態(tài)壓力（速度頭），達(dá)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(shí)間內(nèi)整個(gè)涌流都要經(jīng)過(guò)管道變小的過(guò)程，同時(shí)壓力也在減小。壓力差因此產(chǎn)生，測(cè)量或者給流體提供一個(gè)外在吸力的便是這個(gè)壓力差。對(duì)理想流體（液體或者氣體，其不具有摩擦和不可壓縮）來(lái)說(shuō)，通過(guò)伯努利方程獲得其壓力差。當(dāng)涌流達(dá)到了聲速，文丘里管將被稱為拉法爾噴嘴（漸縮闊噴嘴）。

（三）機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣處理裝置的核心裝置工作原理的運(yùn)用

當(dāng)阻擋物有風(fēng)吹過(guò)時(shí)，由文丘里效應(yīng)的原理可知?dú)鈮合鄬?duì)較低的地方是在阻擋物的背風(fēng)面上方端口附近，從而產(chǎn)生吸附作用并導(dǎo)致空氣的流動(dòng)。把氣流由粗變細(xì)，氣體流速加快，一個(gè)“真空”區(qū)由氣體在文氏管出口的后側(cè)形成就是文氏管的原理的運(yùn)用。一定的吸附作用在這個(gè)真空區(qū)靠近工件時(shí)會(huì)對(duì)工件產(chǎn)生。文丘里管的入口有機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣進(jìn)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(qiáng)增大，流速變大，這時(shí)一定的真空度就在吸附腔的進(jìn)口內(nèi)產(chǎn)生，致使文氏管內(nèi)吸入周?chē)諝?，高溫尾氣與大量的新鮮空氣的經(jīng)過(guò)多次的物理化學(xué)反應(yīng)，其中的有毒有害物質(zhì)消失殆盡，而達(dá)到湮滅尾氣的目的。

（四）機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣處理裝置的核心裝置工作原理運(yùn)用的優(yōu)勢(shì)

1.該機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣凈化裝置更加環(huán)保。易對(duì)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(guò)多次的物理化學(xué)反應(yīng)，其中的有毒有害物質(zhì)消失殆盡，而達(dá)到湮滅尾氣的目的。

2.該機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣凈化裝置對(duì)使用環(huán)境的要求低、凈化效率高且使用壽命長(zhǎng)。三元催化器對(duì)于溫度的要求較高，當(dāng)氣體溫度太低時(shí)，有效的廢氣轉(zhuǎn)換將不能進(jìn)行，當(dāng)氣體溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致催化劑失效。而我們的裝置是利用物理性質(zhì)使機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣與新鮮的空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)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(jī)動(dòng)車(chē)尾氣凈化裝置通用性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、使用體驗(yàn)更好。三元催化器不易與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配且三元催化器安裝后，含鉛汽油汽車(chē)將不能使用，汽車(chē)不能長(zhǎng)期急速運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不能忽快忽慢，點(diǎn)火時(shí)間不能太遲，不能長(zhǎng)時(shí)間拔出高壓線試火。而我們的裝置因?yàn)槠涮赜械墓ぷ髟?，避免了這樣的麻煩。

4.我們的機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣凈化裝置使用成本低、使用壽命長(zhǎng)。三元催化器除本身價(jià)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(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)以及獨(dú)特的凈化原理，不僅成本低，而且使用壽命長(zhǎng)。

三、結(jié)語(yǔ)

與其他機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣凈化裝置相比，基于文丘里效應(yīng)的機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣凈化裝置具有更加環(huán)保，對(duì)使用環(huán)境的要求更低、凈化效率更高，通用性更強(qiáng)、使用成本更低、使用壽命更長(zhǎng)，使用體驗(yàn)更好等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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

本文系泉州信息工程學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目資助。