非均匀壁结构颗粒捕集器深床过滤的模拟研究

发布时间：2021-10-05 12:55

　　为描述汽油机颗粒捕集器多孔介质壁的微观结构,本文引入基于概率密度函数的孔径分布和非均匀孔隙率分布。考虑多粒径的入射颗粒,针对汽油机非均匀壁结构颗粒捕集器的深床过滤进行模拟研究。结果表明,颗粒大部分被多孔介质的顶部1/3区域捕集,该区域的孔隙率和渗透率在捕集过程中下降趋势更明显,多孔介质的底部1/3区域对整体过滤贡献很小。随着时间增加,多孔介质壁对各粒径颗粒的捕集效率升高,最具穿透性的粒径变小。在捕集过程中,孔径分布对多孔介质壁的局部微观结构及整体捕集效率和压降的改变有重要影响。 

【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(07)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

图１孔径分布示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｐｏｒｅ?ｓｉｚｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ??测量过滤壁微观结构时发现，孔隙率数值从过??滤壁中心处的平均孔隙率急速增加到壁表面处较大??Ｐ，２５ｌ

１８３０??工程热物理学报??４１卷??图２孔隙率分布示意图??Ｆｉｇ．?２?Ｐｏｒｏｓｉｔｙ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ａｌｏｎｇ?ｔｈｅ?ｗａｌｌ?ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??１．３孔间流速??流体作用在由球形捕集体组成的系统上的曳力??为［叫：??Ｆ??３ｎｆｉｄｃＵ??（６）??式中，＂为排气动力黏度；疗为球体周围的平均流??速；⑷为Ｋｕｗａｂａｒａ流体动力学系数，表示为：??Ｋ（ｅ）?＝?１?－?１．８?（１?－?ｅ）１／３?＋?（１?－?ｅ）?－?０．２?（１?－?ｅｆ?（７）??假设壁厚为／ｉ的多孔壁的压降ＡＰ为壁内所有??球形捕集体周围曳力的和，得：??ＡＰ??ＱＦ｛ｌ－ｅ）ｈ??ｊｕＲ??结合式（６）和式（８）得??Ｕ??Ｋ（ｅ）?ＡＰ??１８／ｚ?（ｌ?—?ｅ）?ｈ??ｄｌ??（８）??（９）??在过滤壁里，捕集体直径不同，不同位置的孔??隙率也不同。对于经过处于相同压降ＡＰ和孔隙率??￡下的直径为的分散球体系统的流速可表示为??Ｕｉ??Ｋ（ｅ）?ＡＰ??ｄ２ｃｉ??（１０）??１８／ｘ?（１?—?ｆｆ）?ｈ??已知捕集体直径的分布概率密度函数，平均流??速可表示为??Ｕ：??ＰＤＦｄｃｉＵｉｄ（ｄｃｉ）??（１１）??孔间流速Ｋ可通过疗表示为??Ｕｉ＝ｌ＾?＼?Ｖ??、’ｄｃ?，??（１２）??其中，为整个过滤器的捕集体大小，其值为??１／２??＾ｄｃ??ＰＤＦｄｃｉｄ２ｃｉｄ（ｄｃｉ）??（１３）??１．４捕集效率??捕集体内的捕集机理有多种，ＧＰＦ主要依靠布??朗扩散、直接拦截和惯性沉积作用来捕集。??单个捕集体基于布朗扩散的捕集效率为ｄ??＝

１８３２??工程热物理学报??４１卷??孔介质沿壁厚方向分成３６层。温度为１７５°Ｃ，不考??虑再生过程。颗粒浓度为１．５ｘｌ０８ｃｍ－３。??０．０５??０．０１??１?１０?１００?１０００??ｄｐ／ｎｍ??图４粒径分布??Ｆｉｇ．?４?Ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｓｉｚｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ??３．１多孔介质壁的动态变化??下文以平均孔径为１６卜ｉｍ，方差６０阿的孔径??分布为例，具体分析深床过滤中多孔介质壁各特征??参数的动态变化过程。??３．１．１孔隙率和渗透率??图５是不同时刻壁内局部孔隙率分布情况。从??图中看出，随着时间的增加，壁内各层的孔隙率均??减校在深床过滤第二阶段，捕集效率的提高带来??了孔隙率的迅速减校１８层以上的位置孔隙率随时??间变化明显，该层以下的位置孔隙率后期的变化幅??度减弱，这说明颗粒主要沉积在上半部分。壁面的??第６层具有相对高的颗粒捕集能力，因而孔隙率下??降速度最快，也是最小孔隙率出现的位置，孔隙率??从初始的０．４９减小至０．１５。图６所示渗透率分布与??过滤壁的孔隙度分布类似。第６层的局部渗透率在??深床过滤结束时最小，为８．８ｘｌ（Ｔ１５?ｍ２，约为洁净??捕集器初始渗透率的２．１％．??０．７０??０．６０??０．５０??０．３０??０．２０??０．１０??６?１２?１８?２４?３０?３６??层数??图５不同时刻壁内孔隙率分布??Ｆｉｇ．?５?Ｐｏｒｏｓｉｔｙ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｉｍｅｓ??？数量分布??＊质量分布??设第一阶段中第ｊ层率先饱和，则第二阶段为第ｊ??层以上部分逐渐饱和的过程。


本文编号：3419784