柴油机漏电流式颗粒物传感器内微粒的动力学特性研究

发布时间：2020-10-16 15:53

　　 随着科学技术的快速发展,柴油机在工程机械、农业机械、运输业等各大领域得到了广泛应用。然而柴油机尾气含有大量颗粒物,对人类和环境都有较大影响。为减少颗粒物排放,颗粒物捕集器(DPF)已被广泛应用到柴油机后处理系统中。同时为检测尾气中的颗粒物浓度,对DPF进行失效检测,需要应用到车载颗粒物(PM)传感器。本文以漏电流式颗粒物传感器为研究对象,通过数值计算与试验相结合的方法,对不同电极结构参数的PM传感器内颗粒物动力学特性和传感器信号输出规律进行研究,探究漏电流式PM传感器的原型机理,优化传感器结构性能,提高传感器测量精度。首先,利用Comsol Multiphysics中的几何模块和网格模块建立颗粒物传感器的几何模型和网格模型,通过柴油机台架试验和计算分析设置初始条件和边界条件,选取κ-ε湍流流动模型、稳态静电场模型和流体粒子追踪模型,建立该传感器的三维计算模型,模拟排气管截面上的排气流速分布,模拟计算结果与试验测量结果吻合较好,验证了数值模型的准确性。基于所建立的模型,模拟不同电极结构参数下传感器内的流场分布、电场分布以及流场和电场共同作用下颗粒物的运动轨迹。模拟结果表明传感器排气入口处存在较大的速度梯度分布,传感器电极间距越大,速度梯度分布越明显;当排气由排气管流入传感器内时,排气流速明显降低,电极间距越大、电极长度越长,传感器内排气流速越低;传感器内的电场强度方向沿径向由高压电极指向接地电极,沿着电场强度方向电场强度大小逐渐降低;负电粒子的运动速度大于正电粒子的运动速度,中性粒子的运动速度介于两者之间,电极间距越小、电极电压越大,带电粒子向两极运动的趋势越明显。其次,通过柴油机台架试验,选用不同电极结构参数的漏电流式颗粒物传感器,研究电极长度、电极间距和发动机负荷对颗粒物传感器信号输出规律的影响,主要分析了不同电极结构参数的颗粒物传感器在柴油机定转速和不同负荷下的信号输出规律。试验发现在柴油机定转速下漏电流式颗粒物传感器的信号电压随柴油机负荷的增大而增大;在柴油机工况恒定时,传感器信号电压输出随电极长度的增大而增大,随电极间距的增大则减小。最后,结合仿真计算和试验结果,分析电极长度、电极间距、电极电压和柴油机负荷等参数对传感器性能的影响,根据试验结果和模拟确定传感器的电极间距为1.25 mm、电极长度为12.5 mm、电极电压在1000 V到1500 V范围内时,传感器内颗粒物的运动状况较好,传感器性能最优。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK421.5
【部分图文】：

下的颗粒物[7,8]，柴油机尾气排放中颗粒物的粒径分布如图1.1所示[13]。在柴油机中，废气中的颗粒物会携带由燃烧过程产生的自然电荷，且相关文献表明根据发动机运行条件的不同，30%到88%的颗粒物会携带自然电荷[14,15,16]。基于颗粒物带电的这一物理特性，国内外研究学者开发了静电型颗粒物传感器。

（a）传感器元件 （b）电极间颗粒物沉积放大图图1.2 电阻式颗粒物传感器单元示意图Fig.1.2 Schematic drawing of a resistive particulate matter sensor( (a)sensor element; (b) enlargedview of the particle deposition between the electrodes)图1.3 传感器信号特性示意图Fig.1.3 Signal characteristics of the resistive particulate matter sensor

Fig.1.2 Schematic drawing of a resistive particulate matter sensor( (a)sensor element; (b) enlargedview of the particle deposition between the electrodes)图1.3 传感器信号特性示意图Fig.1.3 Signal characteristics of the resistive particulate matter sensor
【参考文献】

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本文编号：2843460