柴油机DPF内碳烟加载与热再生过程的数值模拟研究
柴油机的排气颗粒物是引起雾霾天气的主要成因之一，随着我国对机动车排放污染物控制越来越严格，柴油机颗粒物捕集器(Diesel particulate filter,DPF)应运而生。DPF是一种柴油机后处理装置，能捕集排气中的颗粒物，其研究难点是再生技术。 本文以碳化硅材料的壁流式蜂窝陶瓷过滤体的DPF为研究对象，运用FIRE软件的后处理模块建立了DPF碳烟捕集与热再生的数值模型，并搭建试验台架，对比试验结果与模拟结果，验证DPF数值模型的有效性。运用FIRE软件模拟DPF的碳烟加载过程，研究碳烟加载过程中影响DPF压降特性的因素，结果表明:在一定加载时间内，CPSI（孔目数）越大，过滤体壁厚越薄，DPF压力损失越小，DPF的压降上升越平缓;而排气流量越大，DPF的总压降越大;排气碳烟量越大，DPF压降上升越快，当压降超过一定限值，需要尽快再生以降低发动机排气背压。 针对DPF的热再生过程，不同时刻DPF模型的不同截面温度场，发现后端温度相对于前端温度升高，并且过滤体的最高温度出现在过滤体中轴线上;DPF过滤体径向中心部位的碳烟先发生氧化反应，并且在DPF前端与最后端边角区域最容易出现碳烟残留;再生过程中的高温区即是DPF最高温度梯度出现的地方。运用FIRE软件研究不同因素对DPF热再生过程的影响，结果表明:排气温度在873K时比773K时再生时间缩短，但温度超过973K则易使DPF发生热损坏;再生过程中控制DPF入口气体的氧含量在合适范围很有必要，当氧含量超过17％过滤体会因为温度梯度超过安全值而容易发生损坏;碳烟沉积量过大会导致DPF再生时颗粒物燃烧释放的热量多，过滤体温度过高致使过滤体热损坏;DPF加热温度上升速率主要影响再生起始时刻，对整个再生周期长短影响不明显;带有催化剂的CDPF再生时间较短，安全可靠性也优于DPF。
柴油机;颗粒物捕集器;碳烟加载;热再生过程;数值模拟
江苏大学
硕士
动力机械及工程
孙平
2015
中文
TK421.5
67
2015-10-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）