柴油机颗粒物捕集器设计与仿真分析

发布时间：2017-08-04 10:22

  本文关键词：柴油机颗粒物捕集器设计与仿真分析

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【摘要】：随着对内燃机低排放要求的日益严格,仅依靠机内净化技术已经难以满足法规要求。目前国内外采用的柴油机尾气后处理技术中,以壁流式蜂窝陶瓷块为滤芯的柴油机颗粒物捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)最为广泛,对于减少尾气中颗粒物具有非常显著的效果,也是目前排放研究的热门技术之一。论文在前人研究基础上,对DPF载体类型材料进行筛选、选择与发动机匹配的合适结构尺寸,并通过后处理软件AVL-Fire对其捕集及再生过程进行模拟探究。首先,利用Catia软件建立DPF三维模型,并对模型进行高质量网格划分,利用AVL-Fire软件对划分好的DPF模型捕集过程中边界条件进行初步设置;其次,将实验测试数据与三维仿真模型结果进行对比,误差不超过10%,搭建出具有可靠性的仿真模型;再次,利用具有可靠性的仿真模型,模拟分析DPF捕集过程内部温度分布、流场分布以及碳烟质量分布情况,再生过程中DPF内部压降变化、最高温度变化、碳烟密度变化情况对捕集效果和再生完全性的影响,提出合理改进建议;最后,基于模拟分析结果中氧化型催化器(Diesel Oxidation Catalyst,DOC)前置的催化型颗粒物捕集器(Catalyzed Diesel Particulate Filter,CDPF)再生方式再生完全性最高的理论依据,设计相应的试验以验证CDPF被动再生方式对颗粒物的捕集再生效果,同时对CDPF再生方式的其他各项性能进行评价。论文通过后处理软件AVL-Fire对DPF捕集及再生过程进行模拟探究,将模拟结果作为后续试验的理论依据,在节约了成本的同时,提出了提升DPF捕集效率及再生完全性的方案。
【关键词】：柴油机颗粒捕集器 捕集过程 再生方式 模拟仿真
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK421.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 柴油机主要排放污染物组成及其危害11-13
• 1.2.1 柴油机主要排放污染物一氧化碳及碳氢的形成及危害11
• 1.2.2 柴油机主要排放污染物氮氧化物的形成及危害11
• 1.2.3 柴油机排放污染物颗粒物的组成及其危害11-13
• 1.3 柴油机排放法规介绍13-16
• 1.3.1 世界三大排放法规体系13-14
• 1.3.2 中国排放法规体系14-16
• 1.4 柴油机颗粒物排放控制技术16-18
• 1.4.1 前处理技术17
• 1.4.2 机内净化技术17
• 1.4.3 机外净化技术17-18
• 1.5 国内外颗粒物捕集器模拟现状18-20
• 1.6 研究的主要内容20-21
• 第2章 柴油机颗粒捕集器工作原理及再生技术介绍21-31
• 2.1 柴油机颗粒捕集器整体结构介绍21-22
• 2.2 柴油机颗粒捕集器过滤材料介绍22-24
• 2.2.1 陶瓷基过滤材料22-24
• 2.2.2 金属基过滤材料24
• 2.3 柴油机颗粒物捕集器过滤机理24-26
• 2.3.1 扩散机理25
• 2.3.2 拦截机理25-26
• 2.3.3 惯性碰撞机理26
• 2.4 柴油机颗粒物捕集器再生技术26-30
• 2.4.1 主动再生技术26-29
• 2.4.2 被动再生技术29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 柴油机颗粒捕集器数值模拟及模型标定31-46
• 3.1 柴油机颗粒捕集器数值模型31-35
• 3.1.1 柴油机颗粒捕集器内部流场模型31-33
• 3.1.2 柴油机颗粒捕集器内部压降模型33
• 3.1.3 柴油机颗粒捕集器碳烟预测模型33-34
• 3.1.4 柴油机颗粒捕集器再生化学反应模型34-35
• 3.2 计算流体动力学求解过程及仿真软件介绍35-37
• 3.2.1 计算流体动力学数值计算方法35-36
• 3.2.2 算法简介36
• 3.2.3 有限体积法简介36
• 3.2.4 模拟软件介绍36-37
• 3.3 仿真模型建立和边界条件的设定37-41
• 3.3.1 计算模型的建立37
• 3.3.2 模型网格划分37-38
• 3.3.3 边界条件的设置38-41
• 3.4 仿真模型标定41-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 柴油机颗粒捕集器捕集再生过程影响因素研究46-58
• 4.1 不同进气质量流量对柴油机颗粒捕集器捕集状况的影响46-48
• 4.2 不同孔密度对柴油机颗粒捕集器捕集状况的影响48-49
• 4.3 不同初始碳烟加载密度对柴油机颗粒捕集器再生状况的影响49-51
• 4.4 不同入口温度对柴油机颗粒捕集器捕集再生状况的影响51-53
• 4.4.1 不同入口温度对柴油机颗粒捕集器再生状况的影响51-52
• 4.4.2 不同入口温度对柴油机颗粒捕集器内颗粒捕集的影响52-53
• 4.5 不同再生方式对柴油机颗粒捕集器再生状况的影响53-57
• 4.6 本章小结57-58
• 第5章 柴油机颗粒捕集器再生试验58-64
• 5.1 试验方案设计58-60
• 5.1.1 试验样件58
• 5.1.2 试验设备58-60
• 5.2 试验方案60-61
• 5.3 试验结果61-63
• 5.3.1 相同碳载量不同入口温度试验结果分析61-63
• 5.3.2 相同再生温度不同目标碳载量试验结果分析63
• 5.4 本章小结63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-70
• 致谢70

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本文编号：619033