微米木纤维DPF冷却系统设计及试验研究

发布时间：2017-12-04 18:22

  本文关键词：微米木纤维DPF冷却系统设计及试验研究

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【摘要】：随着全国各地雾霾天气的频繁出现,引发了人们对于PM (Particulate Matter) 的普遍关注。柴油车尾气中排放的碳烟颗粒作为大气PM的主要来源之一,其表面附着的金属氧化物、炭氢化合物、硫酸盐、微细粒子和有致癌作用的多环芳烃,会对环境和人体健康带来严重的危害。目前,微粒捕捉器(Dicsel Particulate Fllter, DPF)技术是控制柴油车尾气PM排放最为简单和有效的后处理技术之一,以微米木纤维作为DPF滤芯材料时,具有过滤效率高、排气背压小和容尘量多等优点,但由于木材的自然属性不能长时间承受高温尾气,因此柴油机的排气降温是这技术的关键环节之一。为此,本文将研制一个管翅式冷却器对尾气降温,保护微米木纤维滤芯,延长DPF的使用寿命。尾气温度是设计冷却器的重要依据,本文首先对柴油车排气尾管处的尾气温度进行分析,充分考虑消音器和排气管尺寸对尾气温度的影响,将尾气从生成到排出这一过程分段分析,并将模型简化,得出排气尾管处尾气温度的数值计算模型。通过试验验证表明,与数值计算模型模拟的结果基本相符合,根据尾气温度的数值模型可以为不同车型的微米木纤维DPF的冷却器设计提供理论依据。根据柴油机参数以及消音器和排气管的尺寸,设计一个由多排翅片管组成的管翅式冷却器,满足将该柴油机在额定工况下的尾气温度冷却至220℃。通过MATLAB分析冷却器结构参数(基管内径、管间距、翅片高度、翅片间距)对冷却性能的影响,再采用权函数法对冷却器结构进行多目标(冷却面积、压降、翅片效率)优化,得出最优结构。并基于C8051设计了冷却控制系统,根据尾气温度控制风机的启动以及冷却器两端的排气压降,提示冷却器是否需要清洗。搭建管翅式冷却器性能检测试验台,并采用组态王kingview6.55软件开发性能检测系统,及时获取有效数据并进行分析管理。试验结果表明,管翅式冷却器具有良好的冷却效果,能满足微米木纤维滤芯的要求,且具有较低的排气背压。基于C8051设计的冷却控制系统能根据系统设置的尾气温度上限值和下限值快速准确的控制冷却器风机的启停,避免在低温工况下使用风机,起到节约车载能源的目的。
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.172

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本文编号：1251926