發(fā)布時間：2020-11-08 17:15

　　 伴隨以柴油機為動力源的移動機械日益增加,柴油機排放的PM量越來越引起關注。柴油機顆粒物捕集器DPF作為高效控制柴油機PM排放的后處理裝置,加裝后會提高發(fā)動機的排氣背壓,影響發(fā)動機性能,因此降低DPF壓降具有重要意義。本文開展DPF孔道流場速度與壓降分析,基于分析結果開展孔道結構參數(shù)優(yōu)化設計,旨在降低DPF壓降。本文主要研究內容、研究方法如下:(1)DPF孔道流場仿真分析本文基于CFX建立DPF孔道三維流場模型,研究DPF孔道內流場分布,測算碳煙沉積分布,為DPF的壓降優(yōu)化設計提供參考方向。得出結果結論如下:(a)發(fā)現(xiàn)過濾壁面和碳煙餅層是DPF孔道壓降的主要貢獻者,孔道沿程阻力對孔道壓降貢獻較小,降低過濾壁面厚度和碳煙餅層厚度大小可以有效降低孔道壓降。灰燼餅層沉積狀態(tài)孔道內壓降大于灰燼堵頭沉積狀態(tài)。(b)DPF進口孔道內速度場由入口處的均勻分布,沿孔道軸向逐漸發(fā)展為不均勻,最后在進口孔道堵頭處或灰燼堵頭處速度降為零;出口孔道內速度場由出口孔道堵頭處位置的零流速開始沿軸向向下游方向升高,逐漸發(fā)展為不均勻。(c)潔凈狀態(tài)下的過濾壁面,沿孔道徑向方向氣體流速降低,沿孔道軸向方向氣體流速升高。碳煙深床捕集過程中,過濾壁面內氣體流速沿孔道軸向均勻分布,碳煙沿軸向位置均勻沉積。餅層捕集過程中,碳煙餅層上表面的氣體流速沿孔道軸向基本均勻分布,碳煙基本沉積均勻;沿孔道徑向方向,碳煙餅層兩表面交界處氣體流速最高,碳煙顆粒容易沉積在碳煙餅層兩表面交界處。(d)灰燼沉積堵頭長度范圍內,進口孔道和過濾壁面內氣體流速基本為零,出口孔道內流場基本不變;非灰燼堵頭長度范圍內,進、出口孔道流場與潔凈狀態(tài)相似,過濾壁面內氣體流速沿軸向方向呈現(xiàn)兩端高,中間低分布,且最高流速相比潔凈狀態(tài)高,過濾壁面捕集碳煙量增大�；覡a餅層沉積狀態(tài)的DPF孔道內流場與碳煙餅層沉積相似。(2)DPF孔道結構參數(shù)優(yōu)化設計本文基于GT-Power建立一維整體DPF仿真模型,研究非對稱孔道結構、孔密度和過濾壁厚對DPF性能的影響,運用數(shù)值優(yōu)化算法進行DPF非對稱孔道邊長比、孔密度和過濾壁厚組合優(yōu)化分析,得出最佳非對稱進出口孔道邊長比、孔密度和過濾壁厚,在不犧牲捕集效率的前提下實現(xiàn)DPF壓降的降低。研究主要結果結論如下:(a)進口孔道尺寸大于出口孔道的非對稱結構相比進出口孔道尺寸相同的對稱孔道可以降低碳煙餅層捕集過程中的壓降,但提高深床捕集過程的壓降,并降低DPF的捕集效率。提高孔密度可以在一定范圍內降低DPF的壓降,同時提高DPF的捕集效率;降低DPF過濾壁厚可以有效降低碳煙捕集過程的壓降,但會降低DPF的捕集效率。(b)以DPF的進出口孔道邊長比值、孔密度值和過濾壁厚值為設計參數(shù),DPF潔凈狀態(tài)的捕集效率為約束,碳煙沉積量為再生閾值為6g/l時的DPF壓降為優(yōu)化目標進行近似建模優(yōu)化,采用NIPQL優(yōu)化算法得出方型的進出口孔道邊長比值為1.0241,孔密度為400cpsi、過濾壁厚為0.333mm時,在控制捕集效率不變的前提下,DPF壓降降低。
【學位單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TK421
【部分圖文】：

圖 1-2 蜂窩結構 DPFFig.1-2 DPF with cellular structureDPF 的工作機理包括 DPF 的過濾機理和 DPF 再生機理。(1) DPF 過濾機理DPF 過濾壁面對 PM 的過濾機理有擴散、攔截、慣性碰撞、重力沉降等機理[14]見圖 1-3。DPF 的擴散捕集機理是利用顆粒的布朗運動。尾氣流過 DPF 時，顆粒物出現(xiàn)聚作用形成顆粒物濃度梯度，顆粒物產生擴散運輸，顆粒物被 DPF 捕集。PM 擴散捕的布朗運動可以由佩克萊特數(shù)Pe表示，佩克萊特數(shù)越大，顆粒的擴散運輸量越小對流運輸量越大。DudPepore (1-KT

廣東工業(yè)大學碩士學位論文物由于慣性與 DPF 壁面發(fā)生碰撞沉積或吸附。PM 的慣性碰撞機理可以由斯tkS 描述。斯托克斯數(shù)越大，基于慣性碰撞捕集效率越高。 pore2tk18 dduSpgp 式中，p 為顆粒物密度；g 為氣體密度；pd 為顆粒直徑； 氣體動力粘度。DPF 的重力沉降機理認為顆粒物在重力的作用下，脫離氣體流向方向，與 D生碰撞沉積。

基于 CFX 建立 DPF 孔道三維流場模型用于孔道內流場分析，基于F一維整體仿真模型用于孔道結構參數(shù)優(yōu)化研究。DPF 孔道內流場難以試驗測量，本章參考相關文獻選用的 DPF 參數(shù)三維流場模型，通過與參考文獻給出的參考數(shù)據進行比對，驗證所型的準確，進而調整模型參數(shù)，使之與試驗用的 DPF一致，以用于F孔道三維內流場特性研究分析。計算機資源所限，DPF 孔道三維流場模型無法連續(xù)模擬碳煙捕集過性能和捕集效率變化，且單組孔道無法反映 DPF的整體壓降，故本ower建立 DPF 一維整體仿真模型，通過 DPF實體試驗測試數(shù)據標定，使仿真模型可以準確仿真碳煙捕集過程中 DPF整體壓降和捕集效本文第四章的 DPF孔道結構參數(shù)優(yōu)化研究。的建模流程圖見圖 2-1。
【參考文獻】

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本文編號：2875084