基于文丘里效应的机动车尾气净化装置的研究

陈苏杭 王志明 郭文坚 林颖

摘要：在全球变暖以及空气质量不断恶化的大环境下，环境保护成为世界性的热点问题。而机动车在成为人们生活必需品的同时，也带来了对空气的污染。因此，我们的团队研究机动车尾气净化技术，发现了废气净化颠覆性新技术——利用文丘里效应真空湮灭尾气。文丘里管的入口有机动车尾气进入后，横截面极小的喷管排出少部分尾气。当截面逐渐变小时，增大了压缩空气的压强，使得流速变大，使得一定的真空度在吸附腔的进口内产生，文氏管内吸入周围的空氣，高温尾气与大量的新鲜空气的经过多次的物理化学反应，其中的有毒有害物质消失殆尽，而达到湮灭尾气的目的。

关键词：文丘里管;文丘里效应;尾气净化

一、研究工作的背景

随着我国社会的进步和我国人民不断提高的生活水平，汽车作为重要的代步工具成了大多数家庭的生活必需品。随之而来的就是机动车尾气的污染问题，机动车尾气污染具有扩散快、污染广的特点，对空气环境和人体健康都造成了一定的威胁。

二、主要研究内容

（一）机动车尾气处理装置的核心装置制作的原理

文丘里效应也被称为文氏效应，由意大利物理学家文丘里（Giovanni Battista Venturi）发现此现象并由他的名字命名。当缩小的过流断面有流体受限流动通过时，现象是出现流速增大，且其流速与过流断面的关系是成反比。而流速的增大随着流体压力的降低便是著名的“伯努利定律”，即文丘里现象。简单来说，这种效应是指低压产生于高速流动的流体附近，吸附作用由此产生。文氏管便是利用这种效应制作出。因为节流元件有流体经过时，由于流体流速变大，压力减小，空泡生成、长大及溃灭的流体动力学现象因相应温度时的饱和蒸气压高于液体中局部压力而出现便是空化。空化作用可用于促进化学反应，将液内悬浮物粉碎，杀灭细菌等。因文丘里效应使机动车尾气净化装置中的流体被加速，高速流体冲击摩擦，致使流体中的液体产生空化现象，空化作用促进了尾气被净化时所发生的化学反应。

（二）机动车尾气处理装置的核心装置工作的原理

文丘里管里面有气体或液体流动时，在最窄处的管道，达到最大值的动态压力（速度头），达到最小值静态压力（静息压力），由于通流横截面面积的减小使得气体（液体）的速度上升。在同一时间内整个涌流都要经过管道变小的过程，同时压力也在减小。压力差因此产生，测量或者给流体提供一个外在吸力的便是这个压力差。对理想流体（液体或者气体，其不具有摩擦和不可压缩）来说，通过伯努利方程获得其压力差。当涌流达到了声速，文丘里管将被称为拉法尔喷嘴（渐缩阔喷嘴）。

（三）机动车尾气处理装置的核心装置工作原理的运用

当阻挡物有风吹过时，由文丘里效应的原理可知气压相对较低的地方是在阻挡物的背风面上方端口附近，从而产生吸附作用并导致空气的流动。把气流由粗变细，气体流速加快，一个“真空”区由气体在文氏管出口的后侧形成就是文氏管的原理的运用。一定的吸附作用在这个真空区靠近工件时会对工件产生。文丘里管的入口有机动车尾气进入后，截面很小的喷管排出少部分尾气。随着截面逐渐减小，压缩空气的压强增大，流速变大，这时一定的真空度就在吸附腔的进口内产生，致使文氏管内吸入周围空气，高温尾气与大量的新鲜空气的经过多次的物理化学反应，其中的有毒有害物质消失殆尽，而达到湮灭尾气的目的。

（四）机动车尾气处理装置的核心装置工作原理运用的优势

1.该机动车尾气净化装置更加环保。易对环境造成重金属污染就是三元催化剂中使用的铂、铑、钯这些重金属。而我们的装置，是将大量的新鲜空气吸附到装置里与高温尾气经过多次的物理化学反应，其中的有毒有害物质消失殆尽，而达到湮灭尾气的目的。

2.该机动车尾气净化装置对使用环境的要求低、净化效率高且使用寿命长。三元催化器对于温度的要求较高，当气体温度太低时，有效的废气转换将不能进行，当气体温度过高时，会导致催化剂失效。而我们的装置是利用物理性质使机动车尾气与新鲜的空气发生化学反应，从而达到净化尾气的效果，这就避免了像三元催化器那样的缺陷。

3.该机动车尾气净化装置通用性强、稳定性高、使用体验更好。三元催化器不易与发动机匹配且三元催化器安装后，含铅汽油汽车将不能使用，汽车不能长期急速运转，发动机转速不能忽快忽慢，点火时间不能太迟，不能长时间拔出高压线试火。而我们的装置因为其特有的工作原理，避免了这样的麻烦。

4.我们的机动车尾气净化装置使用成本低、使用寿命长。三元催化器除本身价格昂贵之外，在清洗、修理等方面也需要一定的资金，而我们的装置得益于简易的结构以及独特的净化原理，不仅成本低，而且使用寿命长。

三、结语

与其他机动车尾气净化装置相比，基于文丘里效应的机动车尾气净化装置具有更加环保，对使用环境的要求更低、净化效率更高，通用性更强、使用成本更低、使用寿命更长，使用体验更好等优点。

参考文献：

[1]周逸潇许庆峰，杨丽，等.汽车尾气污染的净化处理技术[J].天津化工，2019，32（6）.

本文系泉州信息工程学院大学生创新创业训练计划项目资助。