壁流式柴油機微粒捕集器捕集及微波再生機理研究.pdf

1、隨著柴油機排放法規(guī)的日趨嚴格,壁流式微粒捕集器已成為降低柴油機微粒排放的必備裝置。壁流式微粒捕集器的研究難點為穩(wěn)瞬態(tài)捕集機理、微粒運動和沉積機理,以及再生機理。其中,穩(wěn)瞬態(tài)捕集機理關系著其捕集效率的高低,并制約著其流動阻力的大??；微粒運動和沉積機理決定了微粒在其內沉積分布；再生機理決定著其再利用率的高低和使用壽命的長短。所以,對上述難點進行研究,具有重要的理論意義和工程實用價值。
　　 本文依托國家“863”項目子項(2008A

2、A11A116)“新一代環(huán)保高效柴油機研發(fā)”、國家自然科學基金項目(50876027)“柴油機微粒捕集多孔介質的微波-鈰錳基添加劑復合再生機理研究”和湖南省自然科學基金重點項目(06JJ20018)“車用微粒捕集器復合再生過程氣粒兩相流動與燃燒數值模擬”,采用理論計算和試驗驗證相結合的方法,對壁流式微粒捕集器的穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)捕集機理、微粒運動沉積機理,以及微波再生機理等4方面進行了研究。取得的主要成果如下:
　　 1、基于填充床捕集

3、理論和纖維捕集理論兩種傳統(tǒng)的捕集理論,推導并獲得了兩種壁流式微粒捕集器穩(wěn)態(tài)捕集過程的數學模型。將兩種模型的計算結果與試驗結果、以及已有文獻的計算結果進行對比,結果表明,基于填充床捕集理論建立的穩(wěn)態(tài)捕集模型更適合描述壁流式微粒捕集器的穩(wěn)態(tài)捕集過程。對該模型進行了數值求解,獲得了排氣特征參數和過濾體結構參數對不同粒徑微粒穩(wěn)態(tài)捕集過程的影響規(guī)律；
　　 2、針對壁流式微粒捕集器深床捕集階段和濾餅捕集階段的捕集特點,首次提出了過濾壁面飽

4、和度和微粒在過濾壁表面沉積效率等概念,從理論上推導了包括深床捕集和濾餅捕集兩個階段在內的完整的瞬態(tài)捕集數學模型,并通過試驗驗證了該模型在工程應用中是可行的。對該模型進行數值求解,獲得了壁流式微粒捕集器的捕集效率和流動阻力的瞬態(tài)變化歷程、微粒的沉積特性和過濾體結構參數的瞬態(tài)變化歷程,以及排氣特征參數和過濾體結構參數對瞬態(tài)捕集過程的影響規(guī)律；
　　 3、建立了壁流式微粒捕集器內排氣-微粒兩相流動的模型:考察了從不同位置釋放的不同粒徑

5、微粒的運動軌跡以及部分滑移和布朗運動對微粒運動軌跡的作用,研究了部分滑移、布朗運動、微粒粒徑、過濾壁面滲透率和上游速度等因素對孔道內速度場和微粒在孔道內的沉積分布特性的影響;得到了支配微粒運動和沉積三種機理的主要作用范圍,即:在任何情況下,流體拖拽力都占有統(tǒng)治地位;布朗運動和微粒慣性的作用效果分別與Pein數和Rep*數有關,當Pein數和Rep*數增大時,微粒慣性的作用效果增強,而布朗運動的作用效果減弱；
　　 4、在考慮了沉

6、積在過濾壁面內部的微粒量、沉積在過濾壁表面的微粒層分布的非均勻性,以及微波反射特性對再生特性影響的基礎上,從理論上推導并得到了壁流式微粒捕集器的微波再生數學模型,將計算結果與已有文獻的試驗結果和本文的試驗結果進行了對比,較為吻合。用該模型預測了堇青石和碳化硅兩種過濾體的微波能流密度、過濾壁面溫度、溫度梯度、微粒層分布、過濾壁面孔隙率、滲流速度、再生效率和壓力損失的瞬態(tài)變化規(guī)律,得到了微波源位置、排氣特征參數、微粒負載參數、過濾體結構參數