重型柴油机碳烟捕集及主动再生特性的研究

发布时间：2017-08-16 19:27

  本文关键词：重型柴油机碳烟捕集及主动再生特性的研究

  更多相关文章： 柴油机颗粒捕集器(DPF) 碳烟捕集 主动再生 试验研究 数值模拟

【摘要】：柴油机颗粒捕集器(DPF)是目前降低柴油机颗粒物(PM)排放最有效的后处理装置,但PM在DPF内累积到一定量后需要进行再生,通过在柴油机氧化催化器(DOC)上游排气管喷射柴油,利用柴油氧化释放的热量将DPF中PM氧化的主动再生技术,已经成为柴油机满足未来严格排放法规的关键技术之一。本研究借助试验和数值模拟手段,针对DPF碳烟捕集及压降特性、排气管柴油喷雾特性、DOC内柴油氧化特性、DPF主动再生温度特性等开展了一系列的研究工作。通过发动机台架试验、数值模拟等手段研究了DPF的压降特性,并建立了DPF碳烟捕集模型。研究表明,空载DPF的压降随着排气温度的增加呈线性增长,当排气温度过高时,压降增加呈现出非线性;在深层捕集阶段,DPF压降上升较快,在表面捕集阶段,DPF压降上升较慢;在碳烟捕集过程中,DPF碳烟分布呈现两端多中间少,中心多边缘少的规律,随着碳载量的增加,碳烟分布不均匀性降低。通过发动机台架试验,分析了DOC内柴油氧化特性。试验结果表明,通过管路喷油的方式,可以有效地提高DOC出口处排气温度;空速、柴油喷射策略、DOC入口温度等参数,对DOC内的柴油氧化特性以及温度特性影响明显;DPF主动再生对DOC的氧化性能要求较高。利用高速摄影和相位多普勒粒子分析(PDPA)的试验手段,分析了排气管柴油喷雾特性,并建立了相应的喷雾模型。研究表明,柴油喷雾贯穿距和喷雾锥角随着喷射速率的增加而增大;增加喷射速率会影响喷雾边缘形态;喷射速率对喷嘴出口处粒径分布有较大影响;沿喷雾轴线方向液滴的索特平均直径(SMD)随大粒径液滴数的变化而变化。利用数值模拟手段,解析了柴油喷雾氧化过程、DPF内碳烟氧化过程以及温度特性。模拟结果显示,柴油喷雾特性决定排气管路和DOC入口处的碳氢(HC)分布;DOC出口处温度分布与DOC入口处HC分布具有密切的对应关系;碰壁及重力作用使HC向管路底部集中;管路底部柴油过浓使DOC出口截面底部对应区域温度较低;DPF主动再生时,高温区域分布在DPF底部和后端;空速和氧气浓度需控制在合适的范围内,空速过高或者氧气浓度过低会导致DPF再生不完全,空速过低或氧气浓度过高则会导致DPF温度过高。
【关键词】：柴油机颗粒捕集器(DPF) 碳烟捕集 主动再生 试验研究 数值模拟
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK421.5
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-11
• 第1章 引言11-25
• 1.1 柴油机排放污染物及其危害11
• 1.2 柴油机排放法规不断加严11-13
• 1.3 柴油机后处理技术概述13-15
• 1.3.1 柴油机机内净化技术局限性13
• 1.3.2 柴油机后处理技术路线13-15
• 1.4 DPF技术综述15-17
• 1.4.1 DPF过滤特性15-16
• 1.4.2 DPF再生特性16-17
• 1.5 碳烟捕集及主动再生研究现状17-23
• 1.5.1 试验研究18-20
• 1.5.2 数值模拟研究20-23
• 1.6 本文主要研究内容及论文结构23-25
• 第2章 碳烟捕集特性的试验和模拟研究25-38
• 2.1 碳烟捕集过程建模25-29
• 2.1.1 孔道内部流动模型25-27
• 2.1.2 碳烟分布模型27
• 2.1.3 DPF压降模型27-29
• 2.2 DPF碳烟捕集特性模拟研究29-32
• 2.3 DPF压降特性研究32-36
• 2.3.1 DPF压降特性试验研究33-35
• 2.3.2 DPF压降特性数值模拟研究35-36
• 2.4 本章小结36-38
• 第3章 DPF主动再生系统的试验研究38-54
• 3.1 试验装置及方法38-42
• 3.1.1 发动机台架试验设备38-40
• 3.1.2 柴油喷射系统标定40-42
• 3.2 DOC出口温升特性42-47
• 3.2.1 柴油喷射策略的影响42-44
• 3.2.2 DOC空速的影响44-46
• 3.2.3 DOC入口温度的影响46-47
• 3.3 DOC内温度分布特性研究47-52
• 3.3.1 柴油喷射速率的影响48-49
• 3.3.2 DOC空速的影响49-50
• 3.3.3 DOC入口温度的影响50-52
• 3.4 本章小结52-54
• 第4章 DPF主动再生系统的模拟研究54-77
• 4.1 主动再生柴油喷雾氧化建模54-64
• 4.1.1 喷雾可视化试验及结果54-61
• 4.1.2 喷雾模型的建立及验证61-63
• 4.1.3 柴油氧化模型的建立63-64
• 4.2 柴油喷雾氧化的数值模拟研究64-68
• 4.2.1 HC分布特性及温度分布特性65-67
• 4.2.2 排气管长度对柴油喷雾氧化的影响67-68
• 4.3 碳烟氧化特性的数值模拟研究68-75
• 4.3.1 碳烟氧化模型69-70
• 4.3.2 空速对碳烟氧化特性的影响70-73
• 4.3.3 O_2浓度对碳烟氧化特性的影响73-75
• 4.4 本章小结75-77
• 第5章 总结与展望77-80
• 5.1 研究结论77-78
• 5.2 展望78-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-86
• 附录A86-92
• 1 排气管路流动模型86-88
• 2 柴油喷雾模型88-92
• 2.1 基本控制方程88
• 2.2 Dukowicz蒸发模型88-89
• 2.3 KH-RT破碎模型89-90
• 2.4 Enable湍流扩散模型90-91
• 2.5 Kuhnke/Wruck碰壁模型91-92
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果92

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本文编号：685110