柴油机微粒捕集器流场及压降特性的数值模拟

发布时间：2017-08-30 18:19

  本文关键词：柴油机微粒捕集器流场及压降特性的数值模拟

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【摘要】：柴油机微粒捕集器DPF(Diesel Particular Filter)是降低微粒排放物最有效的后处理技术手段之一,随着欧VI排放法规的实施,DPF将会在柴油机后处理系统中广泛应用。对柴油机微粒捕集器DPF内部流场进行研究,得到DPF孔道内部的速度和压力分布情况,进而可以预测DPF孔道内碳烟微粒的沉积情况。对于DPF而言,再生问题是DPF相关研究中需要解决的主要问题,DPF的压降直接与再生时刻相关,对DPF孔道内部以及DPF整体的压降特性进行分析有助于准确的确定DPF的再生时刻。通过本课题的研究,可以得到DPF孔道内部的流场情况与压降特性,为DPF结构优化提供理论基础。本文运用Fluent建立了三种不同进出口比例的DPF孔道的三维模型,计算了孔道内的流动和压降特性,分析了DPF内碳烟微粒的沉积过程,比较了不同壁面渗透率和碳载量下对称孔道与非对称孔道中的压降特性。研究结果表明:进口孔道速度沿轴向先增大后减小,出口孔道速度沿轴向逐渐减小;进口孔道静压沿轴向先减小后增大,出口孔道静压沿轴向逐渐减小;碳烟微粒总是先在孔道的后端沉积,随着碳载量增大,碳烟微粒沿孔道轴向分布逐渐趋向于均匀;绝对碳载量系数大于0.3时,非对称孔道相对于对称孔道具有较小的压降;进出口孔道比例越大,压降受排气流量的影响越大。运用AVL-Boost建立了DPF的一维压降模型并进行了试验验证,分析了DPF孔密度、长径比、进出口孔道比例等结构参数对DPF压降的影响。结果表明:在结构确定的DPF中总压降的变化主要受深层碳烟压降和滤饼碳烟压降的影响;增大孔密度的同时减小壁厚可以降低总压降,DPF孔密度存在最佳值,本文所用DPF孔密度最佳值为每平方英寸400目;减小载体的长径比有利于降低DPF总压降;在碳载量大于6g/L时,增大进出口比例有利于降低总压降,进出口比例大于1.3后,总压降基本不再降低。
【关键词】：柴油机微粒捕集器 流场 压降 分布特性 数值模拟
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK421.5
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-11
• 字母注释表11-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 前言12-13
• 1.2 柴油机排放法规13-15
• 1.3 柴油车排放控制技术路线15-17
• 1.3.1 轻型柴油车15-16
• 1.3.2 重型柴油车16-17
• 1.4 柴油机微粒捕集器（DPF）介绍17-21
• 1.4.1 柴油机微粒捕集器材料17-19
• 1.4.2 柴油机微粒捕集器工作原理19
• 1.4.3 柴油机微粒捕集器再生技术19-21
• 1.5 国内外DPF流场和压降研究现状21
• 1.6 本文研究意义及主要研究内容21-23
• 第二章 DPF数值计算理论模型23-29
• 2.1 DPF流动模型23-25
• 2.1.1 质量守恒方程23
• 2.1.2 动量守恒方程23-24
• 2.1.3 湍流模型24-25
• 2.2 多孔介质模型25
• 2.3 DPF压降模型25-27
• 2.4 DPF再生模型27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 DPF孔道内部的流动和压降特性分析29-45
• 3.1 几何模型构建与网格划分29-30
• 3.2 Fluent计算模型验证30-32
• 3.2.1 孔道内速度分布验证31
• 3.2.2 孔道内压力分布验证31-32
• 3.3 非对称孔道内的流场特性32-35
• 3.3.1 非对称孔道内的速度分布32-33
• 3.3.2 非对称孔道内的压力分布33-34
• 3.3.3 非对称孔道内的过滤速度和微粒浓度分布34-35
• 3.4 孔道内碳烟的累积过程35-36
• 3.5 孔道结构非对称性对压降的影响36-40
• 3.6 壁面渗透率不均匀性对流动和压降的影响40-44
• 3.6.1 壁面渗透率不均匀分布对孔道内速度场的影响41-43
• 3.6.2 壁面渗透率不均匀分布对孔道内压力场的影响43-44
• 3.7 本章小结44-45
• 第四章 DPF结构参数对压降的影响研究45-58
• 4.1 AVL-Boost计算模型45-46
• 4.2 AVL-Boost计算模型试验验证46-48
• 4.3 DPF总压降与不同部分压降分析48-49
• 4.4 DPF孔密度对压降的影响49-53
• 4.4.1 壁厚不变时孔密度对压降的影响49-50
• 4.4.2 壁厚改变时孔密度对压降的影响50-53
• 4.5 载体长径比对压降的影响53-54
• 4.6 进出口孔道比例对压降的影响54-57
• 4.7 本章小结57-58
• 第五章 全文总结与展望58-60
• 5.1 全文总结58-59
• 5.2 工作展望59-60
• 参考文献60-64
• 发表论文和参加科研情况说明64-65
• 致谢65-66

【参考文献】

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本文编号：760855