車用柴油機(jī)排氣微粒捕集系統(tǒng)——從過(guò)濾機(jī)理到再生性能的基礎(chǔ)研究.pdf

1、柴油機(jī)以其良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性得到了廣泛應(yīng)用。隨著對(duì)環(huán)境問(wèn)題的日益關(guān)注，以及全球排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，車用柴油機(jī)排出的有害污染物尤其是微粒排放制約了其進(jìn)一步的應(yīng)用和發(fā)展，需采取相關(guān)技術(shù)措施降低其排放量。一個(gè)很有潛力的措施就是對(duì)柴油機(jī)排氣中的微粒進(jìn)行捕集?；诖它c(diǎn)，本文圍繞車用柴油機(jī)微粒排放捕集系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的研究，分別就排氣微粒理化特性、捕集器過(guò)濾機(jī)理、壓力損失特性、再生機(jī)理和捕集器優(yōu)化設(shè)計(jì)開(kāi)展了系統(tǒng)深入的基礎(chǔ)研究工作。主要研究?jī)?nèi)

2、容如下： (1)微粒理化特性：分析了微粒粒徑的分布。深入研究了微粒的化學(xué)特性，分析了柴油機(jī)工況對(duì)微粒排放及其組分特性的影響，運(yùn)用色譜質(zhì)譜技術(shù)研究了可溶有機(jī)組分中烷烴和芳香烴等成分的排放特性，以及不同工況下多環(huán)芳香烴等成分的生成和演變規(guī)律。 (2)過(guò)濾機(jī)理：根據(jù)過(guò)濾機(jī)理的特點(diǎn)，遵循從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從微觀到宏觀的先后次序，研究了孤立捕集體對(duì)柴油機(jī)排氣微粒的微觀捕集機(jī)理、單個(gè)多孔介質(zhì)過(guò)濾層對(duì)微粒的宏觀捕集模型和整體壁流式捕集器的

3、微粒過(guò)濾模型。．分析了過(guò)濾體主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)對(duì)過(guò)濾性能的影響。研究了微粒捕集器對(duì)不同粒徑微粒的過(guò)濾性能及相關(guān)參數(shù)的影響。 (3)壓力損失特性：進(jìn)行了壓力損失的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)。考慮微粒沉積層的動(dòng)態(tài)壓力損失，建立了過(guò)濾體壓力損失的非穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)模型。研究了過(guò)濾體主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)對(duì)壓力損失的影響?；趬毫p失特性，以及柴油機(jī)的運(yùn)行工況，進(jìn)行了捕集器微粒沉積量的在線計(jì)算和再生控制策略研究。 (4)再生機(jī)理：通過(guò)分析不同再生

4、機(jī)理的特點(diǎn)，建立了一個(gè)既適用主動(dòng)再生，又適合被動(dòng)再生的通用再生機(jī)理模型。研究了再生期間過(guò)濾體內(nèi)部的溫度分布和沉積微粒演變規(guī)律，對(duì)非絕熱條件下的相關(guān)性能也進(jìn)行了研究。分析了過(guò)濾體主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)對(duì)再生過(guò)程的影響。 (5)捕集器優(yōu)化研究：基于過(guò)濾效率、壓力損失和再生性能這三個(gè)最主要的性能指標(biāo)，對(duì)車用柴油機(jī)微粒捕集器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了綜合優(yōu)化研究，按照高過(guò)濾效率、低壓力損失和良好再生性能的基本標(biāo)準(zhǔn)，得到了過(guò)濾體結(jié)構(gòu)參數(shù)和

5、運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化原則。 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下： (1)深入研究了微粒組分的化學(xué)特性，給出了柴油機(jī)工況對(duì)微粒排放及其組分特性的影響，可溶有機(jī)組分SOF中烷烴和芳香烴等成分的排放特性，以及不同工況下多環(huán)芳香烴PAH等成分的生成和演變規(guī)律。這給進(jìn)一步采取措施降低柴油機(jī)排氣微粒的危害提供了依據(jù)。 (2)研究了捕集器對(duì)不同粒徑微粒的過(guò)濾效率，給出了相關(guān)的過(guò)濾模型，分析了過(guò)濾體結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)對(duì)不同粒徑微粒過(guò)濾效率的影響。所得

6、結(jié)論對(duì)通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)改進(jìn)不同粒徑微粒的過(guò)濾效率具有重要參考價(jià)值。 (3)基于壓力損失特性，結(jié)合車用柴油機(jī)的運(yùn)行工況參數(shù)，提出了一個(gè)過(guò)濾體工作時(shí)實(shí)際微粒沉積量的計(jì)算模型，該模型對(duì)捕集器微粒沉積量在線評(píng)估和再生控制策略研究有著重要的參考價(jià)值。 (4)提出了一種雙區(qū)混合再生機(jī)理。它以催化再生機(jī)理為基礎(chǔ)，建立了一個(gè)既適用主動(dòng)再生，又適合被動(dòng)再生的通用再生機(jī)理模型，這對(duì)捕集器再生控制策略的研究和再生方式的選擇有著重要的理論意義和實(shí)

7、用價(jià)值。 (5)基于過(guò)濾效率、壓力損失和再生性能這三個(gè)主要性能指標(biāo)，對(duì)車用柴油機(jī)微粒捕集器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化研究，所得結(jié)論對(duì)微粒捕集器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化具有重要參考價(jià)值。 車用柴油機(jī)微粒捕集裝置是一個(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng)，諸多參數(shù)對(duì)各種性能指標(biāo)影響也錯(cuò)綜復(fù)雜。本文通過(guò)分析柴油機(jī)排氣微粒的理化特性、建立微粒捕集器的過(guò)濾效率模型、壓力損失模型和再生機(jī)理模型，以及捕集器的綜合參數(shù)優(yōu)化，進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)研究工作，得到了許多關(guān)于柴