旋轉(zhuǎn)式連續(xù)微波再生微粒捕集器再生機(jī)理及結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究.pdf

1、隨著車輛保有總量的快速增加以及人們對(duì)生活環(huán)境的認(rèn)識(shí)和觀念的進(jìn)步，車輛減排問(wèn)題成為人們高度關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。微粒捕集器被認(rèn)為是解決柴油機(jī)微粒排放最有效、最具發(fā)展前景的手段之一，但是微粒捕集器過(guò)濾體的再生難題成為了制約其大范圍實(shí)用的關(guān)鍵因素。在目前所提出的主要再生方法中，微波再生技術(shù)因其具有加熱迅速、均勻、能量利用率高、再生過(guò)程易于控制、再生窗口寬等優(yōu)點(diǎn)被人們看好，但車載電池的負(fù)荷難以承受再生所需的微波功率之間的矛盾是制約該技術(shù)實(shí)用化的瓶頸

2、。
　　 為此，本文以國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（50876027）“柴油機(jī)微粒捕集多孔介質(zhì)的微波-鈰錳基添加劑復(fù)合再生機(jī)理研究”、國(guó)家“863”項(xiàng)目子項(xiàng)（2008AA11A116）“新一代環(huán)保高效柴油機(jī)研發(fā)”和湖南省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（06JJ20018）“車用微粒捕集器復(fù)合再生過(guò)程氣粒兩相流動(dòng)與燃燒數(shù)值模擬”為依托，提出了一種新的微粒捕集器技術(shù)，即旋轉(zhuǎn)式微波連續(xù)再生微粒捕集器技術(shù)，并采用數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法對(duì)旋轉(zhuǎn)式微波

3、連續(xù)再生微粒捕集器再生機(jī)理和結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行了研究與分析，其主要工作和創(chuàng)新之處如下：
　　 (1)針對(duì)目前過(guò)濾體微波再生技術(shù)存在的問(wèn)題，將傳統(tǒng)微粒捕集器中的氣流流動(dòng)方向由軸流改為徑流、過(guò)濾體由原來(lái)的整體非連續(xù)再生改為分區(qū)輪流連續(xù)再生，發(fā)明了一種具有良好實(shí)用前景的旋轉(zhuǎn)式連續(xù)微波再生微粒捕集器。
　　 (2)建立了過(guò)濾單元流動(dòng)特性阻力計(jì)算理論模型，模型可基于過(guò)濾體的孔隙率和平均孔隙直徑直接計(jì)算其滲透率、慣性項(xiàng)系數(shù)，揭示了氣流在多

4、孔介質(zhì)中流動(dòng)的壓力損失機(jī)理，具備對(duì)流體在多孔介質(zhì)中滲流時(shí)的壓力損失計(jì)算、非線性程度評(píng)估的功能，模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)吻合良好。得到了過(guò)濾單元阻力系數(shù)和壓力損失表達(dá)式，指明了降低過(guò)濾體流動(dòng)損失的方向。
　　 (3)考慮過(guò)濾體中微粒分布不均勻性、再生過(guò)程中氣固兩相之間的換熱以及不同氣流組分對(duì)過(guò)濾單元再生的影響等多方面的因素，建立了適于旋轉(zhuǎn)式連續(xù)微波再生微粒捕集器過(guò)濾單元再生的三維數(shù)學(xué)模型，試驗(yàn)結(jié)果表明，該模型具有良好的精度，能用于過(guò)濾單

5、元的捕集及再生計(jì)算。得到了再生時(shí)氣流含氧量、流速、溫度等氣流特征等因素對(duì)過(guò)濾單元再生特性影響的規(guī)律。
　　 (4)建立了旋轉(zhuǎn)式微粒捕集器過(guò)濾單元微粒捕集模型，揭示了過(guò)濾材料微觀結(jié)構(gòu)如孔隙率、平均孔隙直徑，以及宏觀結(jié)構(gòu)如流體在過(guò)濾單元上的流動(dòng)距離、滲流速度等因素對(duì)捕集效率及微粒物質(zhì)空間分布等靜態(tài)微粒捕集機(jī)理，研究了微粒含量、及微波功率大小對(duì)過(guò)濾單元再生特性影響規(guī)律。
　　 (5)根據(jù)過(guò)濾單元的再生特性和捕集特性，以及過(guò)濾體

6、再生過(guò)程和捕集過(guò)程之間的關(guān)系，以柴油機(jī)排氣流量、密度等參數(shù)為決策變量，以降低捕集過(guò)程流動(dòng)損失為目標(biāo)函數(shù)，以預(yù)設(shè)最低過(guò)濾效率為主要約束條件，以過(guò)濾材料的孔隙率、平均孔隙直徑，以及過(guò)濾單元的外徑、外徑與內(nèi)徑之比、長(zhǎng)度與直徑之比、過(guò)濾單元數(shù)目為變量參數(shù)，建立了過(guò)濾單元結(jié)構(gòu)最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，得出了不同捕集效率要求下，維持過(guò)濾單元最低壓力損失對(duì)應(yīng)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。
　　 本文的研究為過(guò)濾體微波再生技術(shù)了提供新的突破方向，在柴油機(jī)微粒捕集器的實(shí)用化