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(guān)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(jié)果開展孔道結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計,旨在降低DPF壓降。本文主要研究內(nèi)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(nèi)流場分布,測算碳煙沉積分布,為DPF的壓降優(yōu)化設(shè)計提供參考方向。得出結(jié)果結(jié)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(xiàn)者,孔道沿程阻力對孔道壓降貢獻(xiàn)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�；覡a餅層沉積狀態(tài)孔道內(nèi)壓降大于灰燼堵頭沉積狀態(tài)。(b)DPF進(jìn)口孔道內(nèi)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(jìn)口孔道堵頭處或灰燼堵頭處速度降為零;出口孔道內(nèi)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(nèi)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(nèi),進(jìn)口孔道和過濾壁面內(nèi)氣體流速基本為零,出口孔道內(nèi)流場基本不變;非灰燼堵頭長度范圍內(nèi),進(jìn)、出口孔道流場與潔凈狀態(tài)相似,過濾壁面內(nèi)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。灰燼餅層沉積狀態(tài)的DPF孔道內(nèi)流場與碳煙餅層沉積相似。(2)DPF孔道結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)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(jié)構(gòu)、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(jìn)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(jìn)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(jié)果結(jié)論如下:(a)進(jìn)口孔道尺寸大于出口孔道的非對稱結(jié)構(gòu)相比進(jìn)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(nèi)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(jìn)出口孔道邊長比值、孔密度值和過濾壁厚值為設(shè)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(biāo)進(jìn)行近似建模優(yōu)化,采用NIPQL優(yōu)化算法得出方型的進(jìn)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(xué)位單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK421
【部分圖文】：

圖 1-2 蜂窩結(jié)構(gòu) 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(chǎn)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(xué)碩士學(xué)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(rèn)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(nèi)流場分析，基于F一維整體仿真模型用于孔道結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究。DPF 孔道內(nèi)流場難以試驗測量，本章參考相關(guān)文獻(xiàn)選用的 DPF 參數(shù)三維流場模型，通過與參考文獻(xiàn)給出的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，驗證所型的準(zhǔn)確，進(jìn)而調(diào)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(nèi)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(jù)標(biāo)定，使仿真模型可以準(zhǔn)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(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究。的建模流程圖見圖 2-1。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2875084