柴油機(jī)微粒捕集器微粒捕集及熱再生的模擬研究.pdf

1、柴油機(jī)微粒捕集器(DPF, Diesel Particulate Filter)是當(dāng)前控制柴油機(jī)微粒排放效果最好的后處理技術(shù)之一，隨著排放法規(guī)對(duì)微粒排放越來(lái)越苛刻的要求，DPF將成為未來(lái)降低微粒排放的必需技術(shù)手段。我國(guó)DPF研究與應(yīng)用起步較晚，技術(shù)尚不成熟，DPF離實(shí)用產(chǎn)業(yè)化還有一段距離。本文采用數(shù)值模擬的方法對(duì)DPF的捕集和熱再生性能進(jìn)行了研究，從而節(jié)省傳統(tǒng)DPF車載試驗(yàn)所需的成本和時(shí)間，且為進(jìn)一步的DPF推廣應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

2、>　　本文應(yīng)用AVL FIRE軟件建立了DPF三維仿真模型，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模型的正確性。對(duì)DPF捕集過(guò)程的壓降特性和微粒沉積特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并通過(guò)改變進(jìn)氣參數(shù)和載體結(jié)構(gòu)參數(shù)研究了單一因素對(duì)捕集性能的影響規(guī)律。對(duì)加熱再生的溫度、微粒反應(yīng)、O2濃度分布以及軸向溫度梯度進(jìn)行了分析，并模擬分析了不同的加熱方案和載體結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)再生特性的影響。最后，就再生不完全問(wèn)題提出了灰分模型，研究了灰分對(duì)再生特性的影響。
　　DPF捕集過(guò)程中，深床沉

3、積階段壓降增長(zhǎng)速度明顯快于濾餅階段，而濾餅捕集階段的捕集效率則高。過(guò)濾體孔道進(jìn)出口微粒沉積明顯較多，軸心位置處沉積微粒量要多于徑向外側(cè)。適當(dāng)減小進(jìn)氣流量和降低進(jìn)氣溫度皆能改善過(guò)濾體捕集性能。同時(shí)，增大孔密度有利于改善捕集性能，對(duì)過(guò)濾壁厚度的選擇應(yīng)保持適中。
　　DPF加熱再生時(shí)，微粒從過(guò)濾體前端向后端進(jìn)行氧化燃燒，高溫區(qū)主要集中在過(guò)濾體后端，熱沖擊呈波浪式向后端傳遞，在過(guò)濾體前端2/5處出現(xiàn)最大溫度梯度。對(duì)再生預(yù)加熱因素的影響研究

4、表明:過(guò)快的加熱速率對(duì)過(guò)濾體會(huì)造成熱損傷，且再生效果差，增加最高加熱溫度有利于提高再生效率，最高加熱溫度控制在850K左右為最佳。在對(duì)過(guò)濾體結(jié)構(gòu)參數(shù)因素影響研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，過(guò)大的擴(kuò)張角會(huì)引起較大的溫度梯度，造成過(guò)濾體熱裂損。過(guò)濾體長(zhǎng)度應(yīng)保持適中，孔密度在300孔/in2左右再生效果最佳，過(guò)濾壁厚度在0.3mm左右再生效果最佳。
　　灰分能提高過(guò)濾體再生溫度，促進(jìn)DPF再生，但容易造成溫度過(guò)高導(dǎo)致熱損傷。溫度高于1173K會(huì)引起灰分燒結(jié)