重型柴油机CDPF主动再生影响因素数值仿真

发布时间：2020-10-11 00:42

　　 全球柴油车排放法规日趋严格,对于重型柴油车欧VI排放法规而言,其相对于欧V排放法规,颗粒物(Particulate Matter,PM)排放降低50%,同时增加了对颗粒物数量(Particulate Number,PN)的限值。壁流式柴油机颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)能够有效降低柴油机的颗粒物排放,也是目前唯一能使颗粒物排放满足柴油车欧VI排放法规的技术手段。DPF主要通过物理过滤的方式来降低柴油机的PM排放。随着PM在DPF孔道中的积累,DPF的压降逐渐增大,发动机的排气背压不断增加,降低了柴油机的经济性和动力性。因此,当PM积累到一定量时,一般需要采用外加热源的方式将DPF内部积累的PM去除,实现DPF的主动再生。不同影响因素(碳载量、入口温度和空速)会对DPF再生过程产生不同的影响,不恰当的再生条件有可能会使DPF损毁,甚至诱发火灾。本研究借助数值模拟的方法,对DPF主动再生过程的两种不同情况,分别进行了不同影响因素的模拟研究,以确定主动再生的安全边界条件,为试验提供理论依据。利用数值模拟,分析了碳载量、入口温度、空速对DPF主动再生时最高温度和最大温度梯度的影响。研究发现:DPF碳载量和入口温度越大,主动再生过程当中载体最高温度和最大温度梯度越高,随着入口温度的线性增加,最高温度呈现指数增长;空速越大,主动再生过程当中载体最高温度和最大温度梯度越低。利用数值模拟,对DPF主动再生最恶劣的情况-降怠速(Drop To Idle,DTI)进行了相应的探索。主要研究了DPF主动再生时DTI进入时刻、碳载量、入口温度和空速,对DPF主动再生期间最高温度和最大温度梯度的影响。研究发现:当达到催化性柴油机颗粒捕集器(Catalytic Diesel Particulate Filter,CDPF)主动再生设定的温度之后,在进入DTI时,进入时间越早,最高温度越高,其出现的时间点先减小后增大,同时最大温度梯度也越大,其出现的时间点越靠前;入口温度和碳载量越大,最高温度越高、最大温度梯度越大;空速越大,最高温度和最大温度梯度越小。对比两种主动再生过程的研究发现,正常主动再生时,相对于其他影响因素,入口温度对CDPF的影响比较突出;在进行DTI模拟时,进入DTI的时刻对CDPF的影响比较突出。不管何种影响因素,在DPF再生过程当中,由于热传导的原因,温度梯度分布都是呈现出,从DPF的轴线处往载体边缘逐渐升高的趋势;温度分布呈现出,从入口端边缘处向出口端中心轴线处逐渐升高的趋势。
【学位单位】：烟台大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X701
【部分图文】：

1.1 研究背景与意义自从工业革命以来，随着全球经济的飞速发展，人们对化石能源的使用和依赖度越来越高，因此造成了环境的严重污染。其中机动车污染物的排放占据了相当大的比例，且呈现出不多增加的趋势。随着最近几十年人口的急剧增加，购车的群体变的越来越大；另外汽车生产技术的升级，促使了生产成本的降低，因此人们对汽车的需求逐渐变大，所以汽车的保有量每年都在快速的增加，随之而来的就是产生了更多的污染物。从《中国机动车环境管理年报（2017）》-全国机动车保有量分析可知：2016 年，全国机动车保有量总计 27560.8 万辆，其中汽车数量大约为 18435.8 万辆，低速汽车数量大约为 881.0 万辆，摩托车数量大约为 8244.0 万辆[1]。尽管人们的生活因为汽车，方便了许多，但与此同时也要承担环境污染给人类带来的伤害。图1-1 所示为 2016 年全国各省份汽车保有量的分布图，从图中可以看出，我国中东部沿海地区的汽车保有量明显较大，这也是造成该地区城市空气污染比较严重的原因之一。机动车产生的污染物造成了光化学烟雾和雾霾等恶劣的天气，对人类的健康和环境的威胁也日益严重，因此环境的治理问题迫在眉睫。

全国汽车保有量变化趋势

2图 1-3 全国汽车污染物排放量变化趋势[2]由图 1-4 可知，全国汽车保有量按照车辆使用的燃料来划分，汽油车占全国量的 88.5%，柴油车占全国汽车保有量的 10.2%，燃气车占全国汽车保有；由图 1-5 可知，全国汽车保有量按照使用的车型来划分，客车数量大07.0 万辆，占全国汽车保有量的 88.4%，其中：大型客车数量大约为 149.5 万客车数量大约为 82.5 万辆，小型客车数量大约为 15852.8 万辆，微型客车为 222.2 万辆；货车数量大约为 2128.8 万辆，占全国汽车保有量的 11.6%，其
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本文编号：2835785