車用柴油機排氣微粒捕集系統(tǒng)——從過濾機理到再生性能的基礎(chǔ)研究.pdf

1、柴油機以其良好的動力性、經(jīng)濟性和可靠性得到了廣泛應(yīng)用。隨著對環(huán)境問題的日益關(guān)注，以及全球排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，車用柴油機排出的有害污染物尤其是微粒排放制約了其進一步的應(yīng)用和發(fā)展，需采取相關(guān)技術(shù)措施降低其排放量。一個很有潛力的措施就是對柴油機排氣中的微粒進行捕集?；诖它c，本文圍繞車用柴油機微粒排放捕集系統(tǒng)進行了相關(guān)的研究，分別就排氣微粒理化特性、捕集器過濾機理、壓力損失特性、再生機理和捕集器優(yōu)化設(shè)計開展了系統(tǒng)深入的基礎(chǔ)研究工作。主要研究內(nèi)

2、容如下： (1)微粒理化特性：分析了微粒粒徑的分布。深入研究了微粒的化學(xué)特性，分析了柴油機工況對微粒排放及其組分特性的影響，運用色譜質(zhì)譜技術(shù)研究了可溶有機組分中烷烴和芳香烴等成分的排放特性，以及不同工況下多環(huán)芳香烴等成分的生成和演變規(guī)律。 (2)過濾機理：根據(jù)過濾機理的特點，遵循從簡單到復(fù)雜、從微觀到宏觀的先后次序，研究了孤立捕集體對柴油機排氣微粒的微觀捕集機理、單個多孔介質(zhì)過濾層對微粒的宏觀捕集模型和整體壁流式捕集器的

3、微粒過濾模型。．分析了過濾體主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行參數(shù)對過濾性能的影響。研究了微粒捕集器對不同粒徑微粒的過濾性能及相關(guān)參數(shù)的影響。 (3)壓力損失特性：進行了壓力損失的發(fā)動機試驗?？紤]微粒沉積層的動態(tài)壓力損失，建立了過濾體壓力損失的非穩(wěn)態(tài)動力學(xué)模型。研究了過濾體主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行參數(shù)對壓力損失的影響?；趬毫p失特性，以及柴油機的運行工況，進行了捕集器微粒沉積量的在線計算和再生控制策略研究。 (4)再生機理：通過分析不同再生

4、機理的特點，建立了一個既適用主動再生，又適合被動再生的通用再生機理模型。研究了再生期間過濾體內(nèi)部的溫度分布和沉積微粒演變規(guī)律，對非絕熱條件下的相關(guān)性能也進行了研究。分析了過濾體主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行參數(shù)對再生過程的影響。 (5)捕集器優(yōu)化研究：基于過濾效率、壓力損失和再生性能這三個最主要的性能指標(biāo)，對車用柴油機微粒捕集器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行參數(shù)進行了綜合優(yōu)化研究，按照高過濾效率、低壓力損失和良好再生性能的基本標(biāo)準(zhǔn)，得到了過濾體結(jié)構(gòu)參數(shù)和

5、運行參數(shù)的優(yōu)化原則。 主要創(chuàng)新點如下： (1)深入研究了微粒組分的化學(xué)特性，給出了柴油機工況對微粒排放及其組分特性的影響，可溶有機組分SOF中烷烴和芳香烴等成分的排放特性，以及不同工況下多環(huán)芳香烴PAH等成分的生成和演變規(guī)律。這給進一步采取措施降低柴油機排氣微粒的危害提供了依據(jù)。 (2)研究了捕集器對不同粒徑微粒的過濾效率，給出了相關(guān)的過濾模型，分析了過濾體結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行參數(shù)對不同粒徑微粒過濾效率的影響。所得

6、結(jié)論對通過結(jié)構(gòu)設(shè)計來改進不同粒徑微粒的過濾效率具有重要參考價值。 (3)基于壓力損失特性，結(jié)合車用柴油機的運行工況參數(shù)，提出了一個過濾體工作時實際微粒沉積量的計算模型，該模型對捕集器微粒沉積量在線評估和再生控制策略研究有著重要的參考價值。 (4)提出了一種雙區(qū)混合再生機理。它以催化再生機理為基礎(chǔ)，建立了一個既適用主動再生，又適合被動再生的通用再生機理模型，這對捕集器再生控制策略的研究和再生方式的選擇有著重要的理論意義和實

7、用價值。 (5)基于過濾效率、壓力損失和再生性能這三個主要性能指標(biāo)，對車用柴油機微粒捕集器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行參數(shù)進行了優(yōu)化研究，所得結(jié)論對微粒捕集器的設(shè)計與優(yōu)化具有重要參考價值。 車用柴油機微粒捕集裝置是一個較為復(fù)雜的系統(tǒng)，諸多參數(shù)對各種性能指標(biāo)影響也錯綜復(fù)雜。本文通過分析柴油機排氣微粒的理化特性、建立微粒捕集器的過濾效率模型、壓力損失模型和再生機理模型，以及捕集器的綜合參數(shù)優(yōu)化，進行了大量的基礎(chǔ)研究工作，得到了許多關(guān)于柴