径向柴油机微粒捕集器流速分布特性数值分析.pdf

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1、第26卷2010焦第4期4月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．26No．4Apr．2010119径向柴油机微粒捕集器流速分布特性数值分析龚金科，吴钢※，王曙辉，刘云卿，伏军，龙罡(湖南大学机械与运载工程学院，长沙410082)摘要：为了得到径向柴油机微粒捕集器内流速分布特性，该文利用流体计算软件对一种可旋转径向式微粒捕集器内流速分布特性进行了数值研究，考察了排气流速、管道直径比、扩张角及载体长度等参数对微粒捕集器内流速分布的影响规律。在入口气流流速50m／s条件下，测量

2、了微粒捕集器各计算截面内流速分布情况，并且与计算值进行了比较，最大误差为3．2m／s，在允许范围之内。结果表明，降低排气流速、减小管道直径比与扩张角、增加载体长度均有利于提高微粒捕集器内流速分布均匀性。该研究对控制微粒捕集器再生过程、提高过滤体利用率及微粒捕集器使用寿命有重要意义。关键词：柴油机，流速，微粒排放，微粒捕集器，数值模拟doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2010．04．019中图分类号：TK421．5文献标识码：A文章编号：1002-6819(2010)—04一0

3、119_08龚金科，吴钢，王曙辉，等．径向柴油机微粒捕集器流速分布特性数值分析[J]．农业工程学报，2010，26(4)：119—126．GongJinke，WuGang，WangShuhui，eta1．Numericalanalysisondistributioncharacteristicsofflowvelocityinaradialstyledieselparticulate捌tef[J]．T㈣onsoftheCSAE，2010，26(4)：119—126．(inChinesewithEng

4、lishabstract)0引言柴油机因其热效率高、功率大等特点在农业机械领域得到广泛应用【l‘21。但柴油机尾气中含有大量有害微粒，因此必需对其进行有效净化处理。目前，柴油机微粒捕集器(dieselparticulatefilter)因其高效捕集能力，被认为是最具应用前景的柴油机微粒处理装置之_13-4]。国内外关于微粒捕集器的研究大都集中在微粒捕集器捕集特性，过滤体内气体及微粒运动沉积特性，以及过滤体再生等3方面。如Yamamoto研究了气流在壁流式过滤体壁面内的流动与沉积特性15J；Yi建立了

5、壁流式过滤体三维宏观数值模型，模拟了微粒在过滤体内沉积过程【6J：Bogdanie等人提出了二组分模型，准确描述了沉积在过滤壁面内部微粒对再生过程影响【7j。传统的微粒捕集器一般为轴向式结构，利用微波技术去除过滤体内沉积碳烟微粒时，由于过滤体直径较大，再生时过滤体受热不均匀，容易开裂，并且再生所需微波源功率较大。针对传统微粒捕集器再生系统问题，龚金科、王曙辉等发明了一种可旋转径向式微粒捕集器悼】。该微粒捕集器内有若干个过滤块，当某过滤块再生完成后，电机通过传动轴带动过滤块旋转，然后对下一个过滤块进行

6、再生。该种微粒捕集器内过滤块尺寸远小于传统微粒捕集器过滤体，因此再生所需的微波源功率小，过滤体受热均匀，并且能实现连续再生。微粒捕集器内流速分布特性对过滤体利用率、过滤体再生效率及过滤体使用寿命均有重要的影响[9-10】。用数值模拟的方法对微粒捕集器内流场分布和压力损失等问题进行研究，能够减少试验工作量，缩短设计周期⋯～21。本文利用流体计算软件对可旋转径向式柴油机微粒捕集装置内流速分布特性进行了研究。通过计算与分析，得到了排气流速与微粒捕集器结构参数对该微粒捕集器内流速分布的影响规律。本研究能够为

7、优化该类型微粒捕集器结构设计以及再生控制提供重要的理论依据。1物理模型本文所研究可旋转径向式微粒捕集器(以下简称微粒捕集器)外部结构如图1所示，主要由进气管、扩张管、过滤体、微波接口、收缩管、出口管、传动轴、外壳端盖等组成。图2为该微粒捕集器结构简图，其中X方向为轴向方向，y方向为径向方向，D1为进气管外径，D2为微粒捕集器外径，L为过滤体长度，0为扩张角。a、b、c、d、e、f、g分别代表各计算截面，其中f、g两截面起始位置为左端盖内侧面，用上q肛表示f、g截面轴向收稿日期：2009_06-17修

8、订日期：2010-01-06基金项目：国家自然科学基金项目(50876027)；国家“863”项目子项目(2008AAI1AI16)作者简介：龚金科(1954一)，男，湖南临澧人，教授，博士生导师，主要研究方向为机动车捧放控制技术研究。长沙湖南大学机械与运载工程学院，410082。Email：gongiinke,@126．cona※通信作者：吴钢(1983一)，男，江西泰和人，博士生，研究方向为柴油车捧放控制技术研究。长沙湖南大学机械与运载工程学院。410082。图l