柴油机微粒捕集器性能劣化辨析与优化研究
发布时间：2021-04-28 07:16
随着汽车保有量的逐年增加,人们对汽车尾气排放污染问题日益重视,越来越严格的排放标准、法规逐渐付诸实施,柴油机微粒（Particulate Matter,PM）的排放已经成为了开发高效低排放柴油机急需解决的关键问题之一。目前,采用柴油机微粒捕集器（DPF）来降低或者消除柴油机的微粒排放,被认为是当前柴油车中最简单有效的微粒后处理方法之一。但在柴油机微粒捕集器使用过程中,其核心部件多孔介质过滤体经常处于高温和热冲击的恶劣环境中,并同时受到灰烬沉积的作用,容易导致其性能发生劣化和失效,制约着柴油机微粒捕集器的进一步推广应用。为此,本文通过数值仿真和试验,并结合相关理论和算法进行柴油机微粒捕集器性能劣化辨析和优化研究。研究成果不仅为柴油机微粒捕集器的设计和应用提供了理论依据,还对提高车用微粒捕集器的综合性能和治理环境污染有着重要的理论和现实意义。本文的主要研究工作如下:（1）考虑灰烬沉积对DPF性能的影响,以采用铈-锰燃油催化添加剂与微波加热复合再生技术的DPF为研究对象,对DPF进行了复合再生理论建模,并通过试验对复合再生数学模型进行了验证,为DPF性能劣化影响因素分析和多学科设计优化提供了...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 柴油机微粒生成与排放控制
1.2.1 微粒生成
1.2.2 主要国家和地区的排放标准
1.2.3 微粒排放控制技术
1.3 柴油机微粒捕集器国内外研究现状
1.3.1 微粒捕集器过滤技术研究
1.3.2 微粒捕集器再生技术研究
1.3.3 微粒捕集器性能劣化研究
1.3.4 微粒捕集器优化设计研究
1.4 课题来源和主要研究内容
第2章 基于灰烬沉积的微粒捕集器复合再生理论建模
2.1 微粒捕集器内灰烬来源和物化特性
2.1.1 灰烬的来源
2.1.2 灰烬的物化特性
2.2 基于铈-锰基柴油机微粒捕集器复合再生系统
2.2.1 铈-锰基复合催化剂的催化机理和制备
2.2.2 复合再生系统
2.3 微粒捕集器复合再生理论建模
2.3.1 物理模型与假设
2.3.2 数学模型
2.4 模型计算和验证
2.4.1 数值求解
2.4.2 模型验证
2.5 本章小结
第3章 柴油机微粒捕集器性能劣化影响因素分析
3.1 微粒捕集器性能劣化机理
3.1.1 微粒捕集器劣化产生的原因
3.1.2 灰烬堵塞导致的微粒捕集器性能劣化
3.1.3 高温导致的微粒捕集器性能劣化
3.2 性能劣化评价指标及其影响因素
3.3 分析方法
3.3.1 正交试验设计
3.3.2 模糊灰色关联分析
3.3.3 基于模糊层次分析法的权重确定
3.4 分析结果与讨论
3.4.1 正交试验设计结果
3.4.2 结构参数模糊灰色关联分析结果与讨论
3.4.3 运行参数模糊灰色关联分析结果与讨论
3.5 本章小结
第4章 柴油机微粒捕集器灰烬沉积组合预测
4.1 时间序列组合预测方法
4.1.1 时间序列预测方法
4.1.2 组合预测研究现状
4.2 试验方法及数据
4.3 基于模糊自适应变权重的灰烬沉积质量组合预测
4.3.1 灰烬沉积质量模糊自适应变权重组合预测模型
4.3.2 灰烬沉积质量组合预测
4.4 基于商空间粒度计算的灰烬沉积条件下压降组合预测
4.4.1 商空间理论
4.4.2 粒度构建和计算
4.4.3 组合预测试验
4.5 本章小结
第5章 基于灾变理论的柴油机微粒捕集器失效辨识
5.1 微粒捕集器失效辨识的方法
5.2 微粒捕集器多孔介质过滤体灰烬沉积模型
5.2.1 物理模型
5.2.2 数学模型
5.3 基于灾变理论的微粒捕集器失效辨识
5.3.1 灾变理论
5.3.2 基于灾变理论的微粒捕集器失效的尖点突变模型
5.3.3 微粒捕集器失效辨识
5.4 基于灾变理论的微粒捕集器失效行为辨析验证
5.4.1 计算实例
5.4.2 微粒捕集器失效行为辨析验证
5.5 本章小结
第6章 柴油机微粒捕集器再生过程多学科设计优化
6.1 微粒捕集器多学科设计优化概述
6.1.1 多学科设计优化国内外研究现状
6.1.2 微粒捕集器多学科设计优化方法的提出
6.2 微粒捕集器再生过程多学科设计优化
6.2.1 微粒捕集器再生过程多学科设计优化思路
6.2.2 微粒捕集器再生过程多学科设计优化模型
6.2.3 微粒捕集器多学科设计优化目标函数与约束
6.2.4 优化算法与仿真流程
6.3 结果与讨论
6.3.1 微粒捕集器多学科设计优化结果
6.3.2 微粒捕集器多学科设计优化前后性能对比与验证
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 研究展望
参考文献
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文
附录B 攻读学位期间所参与的课题研究
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]模糊自适应变权组合预测方法的改进及其在船舶交通事故上的应用[J]. 周靖恩. 中国水运(下半月). 2016(09)
[2]甲醇-调合生物柴油燃烧及排放微粒粒径分布特性试验[J]. 杜家益,李俊,张登攀,赵小明,吴培振,袁银男. 农业工程学报. 2016(12)
[3]时间序列预测的发展与应用[J]. 乐天,蔡远文,马雪松,王莉. 兵工自动化. 2015(02)
[4]Performance evaluation on field synergy and composite regeneration by coupling cerium-based additive and microwave for a diesel particulate filter[J]. 左青松,鄂加强,龚金科,D.M.Zhang,陈韬,贾国海. Journal of Central South University. 2014(12)
[5]基于灰烬沉积的微粒捕集器热再生特性[J]. 龚金科,陈韬,鄂加强,王曙辉,左青松. 内燃机学报. 2014(03)
[6]基于算术平均最小贴近度和BP神经网络的变权组合预测模型研究[J]. 张星,张德生. 宁夏大学学报(自然科学版). 2014(01)
[7]自适应遗传算法优化模糊变权重的复杂系统时间序列组合预测方法[J]. 李冠南,单汨源. 中南大学学报(自然科学版). 2013(11)
[8]基于铈-锰基催化剂的微粒捕集器微粒的燃烧特性[J]. 左青松,鄂加强,龚金科,王曙辉,陈韬,李煜. 中南大学学报(自然科学版). 2013(08)
[9]柴油机微粒捕集器灰烬深床沉积压降特性[J]. 龚金科,陈韬,鄂加强,王曙辉,左青松,江俊豪. 内燃机学报. 2013(04)
[10]Multidisciplinary design optimization on production scale of underground metal mine[J]. 左红艳,罗周全,管佳林,王益伟. Journal of Central South University. 2013(05)
博士论文
[1]微粒捕集器灰烬沉积影响特性辨析及其性能优化研究[D]. 陈韬.湖南大学 2015
[2]微粒捕集器复合再生与场协同机理辨析及优化控制研究[D]. 左青松.湖南大学 2014
[3]旋转式连续微波再生微粒捕集器再生机理及结构优化研究[D]. 王曙辉.湖南大学 2010
[4]壁流式柴油机微粒捕集器捕集及微波再生机理研究[D]. 刘云卿.湖南大学 2009
[5]生物制气—柴油双燃料发动机燃烧试验与模拟[D]. 梁昱.江苏大学 2007
硕士论文
[1]4D83柴油机微粒捕集器再生参数优化与控制研究[D]. 李成元.吉林大学 2015
[2]基于商空间的煤矿瓦斯数据挖掘研究[D]. 段霄鹏.太原理工大学 2010
[3]基于商空间粒度计算的信息预测研究[D]. 王兴野.中北大学 2008
[4]组合预测技术及其应用[D]. 鄢小彬.武汉理工大学 2007
[5]多学科设计优化代理模型技术的研究和应用[D]. 穆雪峰.南京航空航天大学 2004
[6]多学科设计优化技术研究[D]. 郭健.西北工业大学 2001
本文编号：3165057
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 柴油机微粒生成与排放控制
1.2.1 微粒生成
1.2.2 主要国家和地区的排放标准
1.2.3 微粒排放控制技术
1.3 柴油机微粒捕集器国内外研究现状
1.3.1 微粒捕集器过滤技术研究
1.3.2 微粒捕集器再生技术研究
1.3.3 微粒捕集器性能劣化研究
1.3.4 微粒捕集器优化设计研究
1.4 课题来源和主要研究内容
第2章 基于灰烬沉积的微粒捕集器复合再生理论建模
2.1 微粒捕集器内灰烬来源和物化特性
2.1.1 灰烬的来源
2.1.2 灰烬的物化特性
2.2 基于铈-锰基柴油机微粒捕集器复合再生系统
2.2.1 铈-锰基复合催化剂的催化机理和制备
2.2.2 复合再生系统
2.3 微粒捕集器复合再生理论建模
2.3.1 物理模型与假设
2.3.2 数学模型
2.4 模型计算和验证
2.4.1 数值求解
2.4.2 模型验证
2.5 本章小结
第3章 柴油机微粒捕集器性能劣化影响因素分析
3.1 微粒捕集器性能劣化机理
3.1.1 微粒捕集器劣化产生的原因
3.1.2 灰烬堵塞导致的微粒捕集器性能劣化
3.1.3 高温导致的微粒捕集器性能劣化
3.2 性能劣化评价指标及其影响因素
3.3 分析方法
3.3.1 正交试验设计
3.3.2 模糊灰色关联分析
3.3.3 基于模糊层次分析法的权重确定
3.4 分析结果与讨论
3.4.1 正交试验设计结果
3.4.2 结构参数模糊灰色关联分析结果与讨论
3.4.3 运行参数模糊灰色关联分析结果与讨论
3.5 本章小结
第4章 柴油机微粒捕集器灰烬沉积组合预测
4.1 时间序列组合预测方法
4.1.1 时间序列预测方法
4.1.2 组合预测研究现状
4.2 试验方法及数据
4.3 基于模糊自适应变权重的灰烬沉积质量组合预测
4.3.1 灰烬沉积质量模糊自适应变权重组合预测模型
4.3.2 灰烬沉积质量组合预测
4.4 基于商空间粒度计算的灰烬沉积条件下压降组合预测
4.4.1 商空间理论
4.4.2 粒度构建和计算
4.4.3 组合预测试验
4.5 本章小结
第5章 基于灾变理论的柴油机微粒捕集器失效辨识
5.1 微粒捕集器失效辨识的方法
5.2 微粒捕集器多孔介质过滤体灰烬沉积模型
5.2.1 物理模型
5.2.2 数学模型
5.3 基于灾变理论的微粒捕集器失效辨识
5.3.1 灾变理论
5.3.2 基于灾变理论的微粒捕集器失效的尖点突变模型
5.3.3 微粒捕集器失效辨识
5.4 基于灾变理论的微粒捕集器失效行为辨析验证
5.4.1 计算实例
5.4.2 微粒捕集器失效行为辨析验证
5.5 本章小结
第6章 柴油机微粒捕集器再生过程多学科设计优化
6.1 微粒捕集器多学科设计优化概述
6.1.1 多学科设计优化国内外研究现状
6.1.2 微粒捕集器多学科设计优化方法的提出
6.2 微粒捕集器再生过程多学科设计优化
6.2.1 微粒捕集器再生过程多学科设计优化思路
6.2.2 微粒捕集器再生过程多学科设计优化模型
6.2.3 微粒捕集器多学科设计优化目标函数与约束
6.2.4 优化算法与仿真流程
6.3 结果与讨论
6.3.1 微粒捕集器多学科设计优化结果
6.3.2 微粒捕集器多学科设计优化前后性能对比与验证
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 研究展望
参考文献
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文
附录B 攻读学位期间所参与的课题研究
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]模糊自适应变权组合预测方法的改进及其在船舶交通事故上的应用[J]. 周靖恩. 中国水运(下半月). 2016(09)
[2]甲醇-调合生物柴油燃烧及排放微粒粒径分布特性试验[J]. 杜家益,李俊,张登攀,赵小明,吴培振,袁银男. 农业工程学报. 2016(12)
[3]时间序列预测的发展与应用[J]. 乐天,蔡远文,马雪松,王莉. 兵工自动化. 2015(02)
[4]Performance evaluation on field synergy and composite regeneration by coupling cerium-based additive and microwave for a diesel particulate filter[J]. 左青松,鄂加强,龚金科,D.M.Zhang,陈韬,贾国海. Journal of Central South University. 2014(12)
[5]基于灰烬沉积的微粒捕集器热再生特性[J]. 龚金科,陈韬,鄂加强,王曙辉,左青松. 内燃机学报. 2014(03)
[6]基于算术平均最小贴近度和BP神经网络的变权组合预测模型研究[J]. 张星,张德生. 宁夏大学学报(自然科学版). 2014(01)
[7]自适应遗传算法优化模糊变权重的复杂系统时间序列组合预测方法[J]. 李冠南,单汨源. 中南大学学报(自然科学版). 2013(11)
[8]基于铈-锰基催化剂的微粒捕集器微粒的燃烧特性[J]. 左青松,鄂加强,龚金科,王曙辉,陈韬,李煜. 中南大学学报(自然科学版). 2013(08)
[9]柴油机微粒捕集器灰烬深床沉积压降特性[J]. 龚金科,陈韬,鄂加强,王曙辉,左青松,江俊豪. 内燃机学报. 2013(04)
[10]Multidisciplinary design optimization on production scale of underground metal mine[J]. 左红艳,罗周全,管佳林,王益伟. Journal of Central South University. 2013(05)
博士论文
[1]微粒捕集器灰烬沉积影响特性辨析及其性能优化研究[D]. 陈韬.湖南大学 2015
[2]微粒捕集器复合再生与场协同机理辨析及优化控制研究[D]. 左青松.湖南大学 2014
[3]旋转式连续微波再生微粒捕集器再生机理及结构优化研究[D]. 王曙辉.湖南大学 2010
[4]壁流式柴油机微粒捕集器捕集及微波再生机理研究[D]. 刘云卿.湖南大学 2009
[5]生物制气—柴油双燃料发动机燃烧试验与模拟[D]. 梁昱.江苏大学 2007
硕士论文
[1]4D83柴油机微粒捕集器再生参数优化与控制研究[D]. 李成元.吉林大学 2015
[2]基于商空间的煤矿瓦斯数据挖掘研究[D]. 段霄鹏.太原理工大学 2010
[3]基于商空间粒度计算的信息预测研究[D]. 王兴野.中北大学 2008
[4]组合预测技术及其应用[D]. 鄢小彬.武汉理工大学 2007
[5]多学科设计优化代理模型技术的研究和应用[D]. 穆雪峰.南京航空航天大学 2004
[6]多学科设计优化技术研究[D]. 郭健.西北工业大学 2001
本文编号：3165057
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