发动机排气降温装置理论研究

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1、发动机排气降温装置理论研究王继佳姚广涛张卫锋胨桥军事交通学院研宄生管理大队军事交通学院军用车辆系摘要：当前，大气污染形势严峻，口益严格的柴油车排放法规要求増加柴油机颗粒物捕集器(DieselParticulateFilter,DPF)的应用。DPF是控制柴汕车颗粒物排放污染的有效手段，但其热再生时产生的排气高达60(TC以上，给周围环境带来安全隐患，尤其是仓库和易燃易爆场所。木文基于文丘里效应，通过理论分析、仿真优化，设计了一种降低DPF再生时排气温度的排气降温装置(TemperatureControlDevi

2、ce,TCD)，能大幅度降低DPF再生时的排气温度。关键词：排气降温装置;文丘里效应;理论研究;0引言当前，大气污染问题口益突出，成为制约我国乃至世界经济发展的重要因素，并且严重影响人们的身心健康。粉尘、碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物等为大气污染的主要成分。随着我国GDP的增长，这些物质的排放量也在不断增长，且大多高于国家规定排放标准。2016年，全国338个城市中，有254个环境空气质量超标U1。最新研究成果表明，每年超过100万人死于微粒，因肺部无法过滤的微粒而导致死亡高居屮国人门死因的第4位。机动车尾气排放

3、是大气污染的重要源头之一，北京市每年每人分担的机动车污染物总量约为0.1吨。截止2017年3月底，全国机动车保有量突破了3亿拉1，如图1所示。发动机排气降温装置理论研究王继佳姚广涛张卫锋胨桥军事交通学院研宄生管理大队军事交通学院军用车辆系摘要：当前，大气污染形势严峻，口益严格的柴油车排放法规要求増加柴油机颗粒物捕集器(DieselParticulateFilter,DPF)的应用。DPF是控制柴汕车颗粒物排放污染的有效手段，但其热再生时产生的排气高达60(TC以上，给周围环境带来安全隐患，尤其是仓库和易燃易爆场

4、所。木文基于文丘里效应，通过理论分析、仿真优化，设计了一种降低DPF再生时排气温度的排气降温装置(TemperatureControlDevice,TCD)，能大幅度降低DPF再生时的排气温度。关键词：排气降温装置;文丘里效应;理论研究;0引言当前，大气污染问题口益突出，成为制约我国乃至世界经济发展的重要因素，并且严重影响人们的身心健康。粉尘、碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物等为大气污染的主要成分。随着我国GDP的增长，这些物质的排放量也在不断增长，且大多高于国家规定排放标准。2016年，全国338个城市中，有25

5、4个环境空气质量超标U1。最新研究成果表明，每年超过100万人死于微粒，因肺部无法过滤的微粒而导致死亡高居屮国人门死因的第4位。机动车尾气排放是大气污染的重要源头之一，北京市每年每人分担的机动车污染物总量约为0.1吨。截止2017年3月底，全国机动车保有量突破了3亿拉1，如图1所示。3.5时间（年）图1全国机动车保有量变化趋势下载原图目前，在众多减小柴油机排气污染的方法中，柴油机颗粒物捕集器（DieselParticulateFilter,DPF）的应用被公认为柴油机颗粒物后处理的主要技术。天津市在2017年底

6、计划完成2000部重型柴油车尾气颗粒物收集装置安装。但DPF热再生过程中会排放高达600°C以上的高温气体，给环境带来极大的安全隐患，尤其是仓库和易燃易爆场所。1基本原理文丘里管模型在现实工业生产中应用领域十分广泛01，由经典文丘里管的示意图（如图2所示）可知，文丘里管包括入口前端（圆柱筒状）、收缩1。段（圆锥管状）、喉部1^段（圆柱管状）、扩张U段（圆锥管状）及出门段（圆柱管状）。另外入口压强为P。，喉部压强为收缩角为＜1，扩张角为P。利用文丘里效应进行排气降温的基本原理为：当发动机排气在文丘里管中流动时，由

7、于L段面积的收缩减小，流体将在此处收缩。根据连续方程可得，流体的速度增大时，静压力会降低，因此，L,段与L,段之间会产生压差，而且流速越快压差越大，外界常温气体能够被吸进喉部管道，从而与发动机高温排气混合达到降温目的。XLLrh收细段被IiWrt入气槪i扩”;浞合段/图2文丘里管示意图下载原图2排气在TCD内流动的基本方程TCD内的排气流体遵循物理学三大基本定律，即动量守恒定律、质量守恒定律和热力学第一定律。可将DPF再生时高温排气在文丘里管的流动看做一元恒定气体的运动来研宄高温排气的压强、速度、密度和温度之间

8、的关系。通过理想气体状态方程、连续性方程、伯努利方程和能量方程能求出四者之间关系。2.1理想气体状态方程DPF再生时高温排气具有压缩性，压力和温度对其密度影响很大，但在压力不太高和温度不太低的状态下，三者之间的热力学关系表达式如式（1）所示。PV二riRT式中，P—理想气体压强，Pa;R—理想气体常数；T一理想气体热力学温度，K;n—气体物质的量，mol;V—理想气体的体积，m。2.2