微粒后处理器结构参数对柴油机超细微粒捕集特性的影响

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1、摘要微粒后处理器结构参数对柴油机超细微粒捕集特性的影响随着环境污染越来越严重，“PM2.5”、“霾”逐渐成为社会的关注点。而内燃机排放作为城市大气的重要污染来源也越来越受到重视。相比于汽油机，柴油机的微粒排放是其的几十倍以上，因此，我国乃至全世界范围内都对柴油机排放微粒进行了严格要求。随着排放法规的日益严格，近几年来，新的燃烧理论也逐渐发展。由于汽油燃料挥发性较好，能很好的解决预混合化的问题，目前已有研究学者对汽油/柴油混合燃料对发动机燃烧与排放的影响进行了研究。而柴油机微粒捕集器（DPF）作为柴油机减少微粒排放的重要手段之一，研

2、究其对使用混合燃料的微粒排放的捕集特性具有重要意义。本文主要采用模拟计算与试验的手段针对DPF对柴油机超细微粒的捕集特性开展研究工作。对DPF内部的两相流运动进行了模拟仿真分析，探讨了边界条件以及微粒捕集器结构参数对气流均匀性的影响。同时试验研究了柴油机在不同工况、不同边界条件以及使用不同汽油添加比例的汽油/柴油燃料时，DPF对不同模态的微粒的捕集效率。研究结果表明：1）通过使用ANSYSFLUENT软件对DPF内部进行模拟分析，本文主要研究了0.1μm及0.3μm粒径的微粒在DPF内部的浓度分布。从结果可以看出，随着微粒直径的减

3、小，微粒的惯性相应减小，当微粒足够小时将沿布朗运动轨迹进行运动，因此整个DPF内的微粒浓度分布的均匀性很好。2）研究了不同壁面渗透率、不同过滤孔道宽度、不同入口进气速度、不同扩张角对DPF内部气流运动均匀性的影响。壁面渗透率与过滤孔道宽度的大小并不影响气相流场分布的均匀性，只影响速度值的大小。减小入口进气速度能提高DPF内流速分布的均匀性，但入口进气速度受到柴油机工况的制约，不能随意的改变。减小扩张角可以迅速的提高流速分布及微粒浓度分布的均匀性。同时采用离散相模型对过滤孔道内的微粒运动轨迹进行了研究，随着DPF轴向位置的增加，气流

4、速度在进气孔道内减小，在排气孔道内增大,在出口处达到最大；而壁面渗流速度也逐渐增大。3）DPF对不同模态微粒的都具有很高的捕集效率。其中，DPF存在核态和积聚态两个穿透窗口，而当发动机排放微粒在此穿透窗口处存在较多微粒时，会影I响DPF对此粒径微粒的捕集，导致DPF后此粒径微粒比例增多。4）对相同粒径微粒，DPF的捕集效率与发动机工况有关。存在最优工况点。中等转速、中等负荷时，DPF的捕集效率最大。与负荷相比，转速的变化对DPF的捕集效率影响更大。随着发动机主喷定时提前，DPF前后核态微粒比例及超细微粒比例均升高。5)对于不同汽油

5、添加比例的燃料，相比与纯柴油燃料，使用汽油添加比例为30%的燃料时，DPF前50nm以下的核态微粒比例有所降低，但DPF后核态微粒比例升高，由此可以说明，使用汽油/柴油混合燃料可以有效降低核态微粒的比例，但此时，有大部分核态微粒粒径处于捕集器的核态穿透窗口处，导致DPF后核态微粒比例增多。对于超细微粒，DPF后微粒比例相比于使用纯柴油燃料时在中高负荷时降低显著，微粒数量最多降低了90%。因此，DPF可以有效控制使用汽柴油混合燃料的柴油机的超细微粒排放。关键词：压燃式发动机，汽油/柴油混合燃料，微粒捕集器，超细微粒，气固两相流IIA

6、BSTRACTEffectoftheStructuralParametersofDieselParticulateFilteronTrappingCharacteristicsofUltrafineParticlesWiththedevelopmentofsociety,theproblemofenvironmentpollutionbecomesmoreandmoreserious,"PM2.5"and"haze"hasgraduallybecomethefocusofthesociety.Astheimportantpollu

7、tionsourceofurbanair,theinternalcombustionengineemissionisbecomingmoreandmoreattention.Comparedwithgasolineengineparticulateemission,thedieselengine’sisthedozenstimesmore,therefore,withinthescopeofourcountryandaroundtheworldhavestrictrequirementforthedieselparticulate

8、emission.Astheemissionregulationshavebecomeincreasinglyrestrictive,inrecentyears,thenewcombustiontheoryhasalsogotthegraduall