柴油机排气微粒壁流式陶瓷过滤体过滤机理及影响因素

在建立壁流式陶瓷过滤体微粒过滤捕集模型的基础上,详细计算分析了壁流式陶瓷过滤体的3种过滤机理:惯性碰撞机理、拦截机理和扩散机理,以及微粒粒径、过滤体微孔孔径、排气流速、气流温度等因素对3种微粒过滤捕集机理下的壁流式过滤体的微粒捕集系数及综合微粒捕集系数的影响及规律,在此基础上分析了提高壁流式过滤体微粒捕集系数的技术途径.研究结果可以为柴油机排气微粒壁流式陶瓷过滤体微粒捕集效率的定性与定量研究以及过滤体的结构优化设计提供依据.     

植物叶片表面捕集气溶胶粒子特性数值分析

为研究单叶片植物表面捕集气溶胶粒子的效率与叶片长度、风速及迎风角的关系,采用数值方法在相似理论基础上求解描述植物叶片表面绕流特征的Navier-Stokes方程,考虑粒子布朗扩散和惯性碰撞捕集机理的联合作用,应用拉格朗日法追踪粒子运动轨迹信息,求解捕集机理联合作用下植物叶片表面粒子的捕集行为。由数值分析结果拟合出捕集效率与叶片长度、风速及迎风角度的关联式,并对迎风角、风速和粒径对捕集效率的影响进行分析。结果表明:无论是小粒子(d_p1.0μm)的扩散捕集还是大粒子(d_p1.0μm)的惯性捕集,风速、迎风角和粒径对捕集效率均有影响。对于小粒子,捕集效率随粒径、风速的增大而减小,迎风角对布朗扩散捕集效率的影响并不显著;对于大粒子,捕集效率随粒径、风速及迎风角的增大而增大。     

柴油机微粒捕集器微波再生模糊综合评价

为深入研究柴油机微粒捕集器的微波再生机理,基于模糊综合评价法,结合层次分析主观赋权法与熵值赋权法,建立了柴油机微粒捕集器微波再生系统的两级模糊综合评价模型,完成了微波功率、微粒沉积量、排气温度、排气氧含量、排气质量流量对再生效率、再生时间、再生峰值温度及再生性能权重的定量分析,并得到了各因素取不同值时的再生性能评价结果.研究表明:排气温度对再生效率与再生时间的影响最大,权重分别为0.470 1与0.536 1;微粒沉积量对再生峰值温度的影响最大,权重为0.424 4;再生效率在再生性能中所占权重最大,为0.6162.     

微粒捕集器捕集效率影响因素的模糊综合评价

利用模糊层次分析法,综合考虑柴油机微粒捕集器捕集机理各项影响因子对捕集机理的相互影响,将相互关联的复杂评价系统分解成若干独立分层的系统,建立了柴油机微粒捕集器捕集机理的综合评价模型.结果表明,壁厚、孔隙率和微孔孔径对主要捕集机理影响最显著,而孔密度、直径和长度对主要捕集机理的影响属于次要因素.孔隙率对扩散机理的影响占绝...     

柴油机微粒捕捉器捕集效率模型的研究

在深床微粒捕集效率经典理论的基础上 ,结合柴油机排气的特点 ,从宏观的角度建立了一个计算捕捉器内气流中的微粒分布及微粒捕集效率的基本数学模型 ,这个模型可以更确切地描述捕捉器内微粒的捕集过程及影响微粒捕集效率的各种因素 ,为柴油机排气微粒捕捉器的优化设计及进一步建立定量的捕捉器微粒捕集数学模型提供了基础 .     

微粒捕集器分区域微波再生过程功率优化

建立微粒捕集器分区域微波再生模型,并对该模型进行验证;采用正交试验设计方法提取微粒捕集器分区域微波再生平衡过程的关键参数(孔隙率、再生时间、电机旋转角、排气温度、氧流量等),利用分区域微波再生模型对再生过程中的再生效率、功率消耗进行四水平正交模拟计算,得到各关键参数对微粒捕集器分区域微波再生过程中再生效率和微波功率消耗的影响规律,确定再生过程的最优参数组合。研究结果表明:当再生时间由7.5 min减至3.0 min时,再生过程中功率消耗的最大值增大2.1倍;当孔隙率为0.6,再生时间为7.5 min,电机旋转角为30°,排气温度为500℃,氧流量为0.1 kg/s时,再生效率提高9.8%,功率消耗的平均值降低28%。     

微粒捕集器连续再生速率与压降特性研究

建立了连续再生模型,并通过台架实验进行了验证,用数值模拟的方法对柴油机不同工况下的连续再生速率和压降特性进行了数值研究.研究结果表明:当排气流量增大时,连续再生速率降低,压降迅速增大;当排气温度升高时,连续再生速率迅速升高,压降略有增大,但随着再生时间的增加,压降下降明显;随着排气气流中m(NO2)/m(soot)比率的下降,再生速率迅速降低,当超过临界比率时,会由微粒净消耗状态转变为净增加状态,m(NO2)/m(soot)比率对于压降影响很小.研究结果对于优化连续再生微粒捕集器的再生条件提供了理论依据.     

柴油机微粒捕集器劣化性能参数灰色关联分析

为有效地对柴油机微粒捕集器劣化性能影响因素进行分析,并得到各因素的影响程度,建立了微粒捕集器再生仿真模型,以无量纲再生效率作为微粒捕集器劣化性能评判参数,通过不同参数的组合进行仿真计算,基于灰色关联理论将仿真结果进行了灰色关联分析.研究结果表明:微波功率、排气温度、排气氧含量、微粒沉积量和灰烬沉积量的关联度均大于0.5,均为影响微粒捕集器劣化性能的主要参数,其中灰烬沉积量的关联度最大,是最主要的影响因素,说明用灰色关联分析方法分析微粒捕集器的劣化影响因素是有效的.     

单纤维对惯性颗粒稳态过滤捕集效率的数值模拟分析

采用计算机对单纤维稳态过滤捕集效率进行模拟分析,所选研究对象为惯性单分散颗粒,模拟分析中考虑拦截机理及碰撞机理作用,同时忽略扩散机理的影响.采用Kuwabara流场来表征单纤维表面的气流绕流特征,以计算粉尘颗粒运动的轨迹,计算分析了斯托克斯数St、拦截系数R及填充率c对稳态单纤维捕集效率的影响.研究结果表明:单纤维稳态过滤捕集效率均随St、R及c的增大而增大,单纤维稳态过滤捕集效率与填充率近乎呈线性增加的关系.模拟计算结果与文献研究结果基本吻合.     

微米木纤维纹孔对超微粒子稳态捕集效率的模拟

微米木纤维纹孔对柴油车排放的动力学当量直径为0.01～1 μm的超微粒子具有较强的吸附作用,可有效降低柴油车尾气中PM_2.5的排放量。利用微粒浓度控制方程及纤维捕集理论,将纹孔周围的捕集介质假设为圆柱体,对微米木纤维纹孔处的稳态捕集效率进行数值分析。结果表明:微米木纤维对直径为0.4～0.6 μm的粒子捕集效率相对较低,对其他粒径粒子的捕集效率较高,其中对粒径趋近于0.01 μm微粒的捕集效率可达90%以上,对柴油车超微粒子的捕集有显著作用。在捕集效率的影响因素中,表面渗流速度的降低和管胞壁厚的增加都会提高木纤维的过滤效率,而排气温度对捕集效率的影响较小,可忽略不计。     

柴油机排气微粒静电捕集的理论分析

根据湍流传质原理 ,对柴油机排气微粒脉冲放电的静电捕集理论进行了研究 ,确定了脉冲放电对微粒在传输过程中的湍流掺混作用 .计算结果表明 ,脉冲放电加大了微粒的湍流掺混程度 ,使微粒的静电捕集效率降低 .为此 ,针对柴油机排气小微粒的静电捕集 ,提出了脉冲—直流双区供电方式 ,它既增大了微粒的荷电量 ,又可降低微粒捕集时的湍流掺混作用 ,可以使微粒的捕集效率得到显著提高 .     

方形截面纤维惯性与拦截耦合捕集效率数值计算与分析

采用数值方法计算方形截面纤维的过滤阻力和粒子的惯性与拦截耦合捕集效率。分析讨论纤维迎风角度(θ)和填充率(C)对粒子惯性与拦截耦合捕集效率、过滤阻力以及粒子沉积分布的影响。结果表明,纤维迎风角度对粒子捕集效率、过滤阻力的影响较弱,但对粒子沉积分布的影响显著。对于以拦截为主导捕集机理的小粒子过滤,方形纤维的捕集效率明显高于圆截面纤维,综合过滤性能更优。而对于大粒子过滤情形,方形纤维未表现出更优的过滤性能。在粒子惯性与拦截捕集机理均起重要作用时,迭加捕集效率严重低估了实际纤维的过滤效率。     

柴油机微粒捕集器加热再生过程的数值模拟

基于车用柴油机微粒捕集器过滤体孔道内的加热再生模型,采用数值模拟的方法对加热再生过程中过滤体孔道内微粒燃烧与壁面温度沿轴向的分布规律以及不同再生条件下柴油机微粒捕集器再生过程的规律进行了研究.结果表明:过滤体的壁面温度从过滤体前端向后端逐渐升高,且整个过滤体的峰值温度出现在过滤体后端;提高过滤体初始温度,适当地增大再生气流质量流量、气流含氧量以及微粒沉积量都可加快再生过程,但过大的含氧量和微粒沉积量会造成壁面峰值温度过高,过大的气流质量流量会减慢再生过程.     

结构参数对柴油机微粒捕集器捕集特性的影响

根据建立的微粒捕集器(DPF)仿真模型,对不同结构参数直径比和孔密度(CPSI)条件下的DPF内部气流流动、微粒捕集过程以及扩口区域内气流流动进行数值模拟,研究了直径比对气流流动均匀性、轴向径向流速分布和微粒分布的影响规律.同时,研究了孔密度对DPF内部流动及捕集效率的影响.结果表明:适当减小直径比能提高DPF内部的流动均匀性,减少微粒在中心轴线处的分布,有助于降低DPF中心轴线处的负荷;小直径比能降低扩口区域内的流速波动,有利于气流与微粒进入DPF内部以及捕集效率的提高;增加孔密度会增加DPF内部流动的阻力,影响流动均匀性,有利于提高捕集效率.     

催化型颗粒物捕集器长度对其捕集性能的影响

基于轻型柴油机台架试验平台,研究了催化型颗粒物捕集器(CDPF)长度对其颗粒物捕集性能的影响,结果表明:CDPF长度的增加会略微影响发动机动力性及经济性,且会降低发动机排气背压及温度,但长度进一步增加时,排气背压及温度变化不明显。增加CDPF长度可增加其对颗粒物数量(PN)的捕集效率,从颗粒物逃逸率角度考虑,当PN逃逸率为2.7%时,增加CDPF长度0.25倍,可降低PN逃逸率50%以上。CDPF长度的增加对积聚态颗粒物捕集效率的提升较为明显。     

文丘里管捕集器捕集水量的计算

针对文丘里水膜除尘器捕集水量难以调试的问题,根据短程捕集理论通过对文丘里管捕集器工作原理的流体力学分析,当最小捕集粒径为 5μm时,最佳捕集水量为0．0030m3/s,为快速准确地调试水膜除尘器提供科学依据。     

连续再生颗粒捕集器对柴油机颗粒排放的影响

以某重型柴油机为原机,研究氧化催化转化器(DOC)与催化型颗粒捕集器(CDPF)耦合而成的连续再生颗粒捕集器(CR-DPF)对柴油机颗粒排放规律的影响.研究结果表明,CR-DPF的安装导致排气温度升高;原机测点颗粒数量浓度呈双峰对数正态分布,CR-DPF的前测点为三峰对数正态分布,后测点则呈多峰对数正态分布;前测点粒径小于191nm颗粒数量浓度及核态颗粒数量浓度分数均高于原机测点;CR-DPF除对7~15nm粒径颗粒的捕集效率相对较低,对其他粒径颗粒具有显著的降低作用;对聚集态颗粒的捕集效果优于核态颗粒,导致后测点核态颗粒数量浓度分数高于前测点.     

金属泡沫型微粒捕集器中颗粒物沉积特性试验研究

为了探究金属泡沫中颗粒物的沉积过程及沉积特性,自行设计开发了颗粒物快速加载系统,结合体式显微镜图像表征方法,在颗粒物加载量为1.5g/h条件下研究了平均孔径为350μm的径向型金属泡沫微粒捕集器中颗粒物沉积特性随时间及沉积深度的变化关系。结果表明:燃烧器生成的颗粒物与实际发动机的颗粒物粒径相近,金属泡沫捕集器沉积过程中始终存在深床沉积;颗粒物质量沉积速率先增加后稳定,压降增加先快后慢,碳烟质量浓度捕集效率可达82%;大部分颗粒物沉积在第1层滤芯中,末端第1层滤芯上堵塞最严重,颗粒物覆盖面积逐层减小,沉积均匀度沿径向递减;圆筒上颗粒物覆盖面积占比沿进气方向逐渐增大,第1层最末端近100%,由内至外逐层减小,孔隙则逐层增大。研究结果揭示了金属泡沫型微粒捕集器中颗粒物动态沉积过程及沉积特性变化规律,可为金属泡沫型微粒捕集器后续研究提供理论基础。     

考虑反弹行为的单纤维过滤稳态捕集效率的数值模拟

采用稳态单纤维表面粉尘树枝生长随机模拟,并考虑纤维过滤中气溶胶粒子碰撞反弹行为,讨论稳态下斯托克斯数(St)与哈梅克常数(H)对粒子运动轨迹的影响,计算分析了St与H对稳态单纤维捕集效率的影响.研究结果表明:当H值一定时,考虑反弹的捕集效率与不考虑反弹的捕集效率可以按斯托克斯数临界值St_c为分界点写成分段函数,通常1.0≤St_c≤3.5,在St≤St_c的阶段,考虑反弹的捕集效率与不考虑反弹的捕集效率相等,且与文献研究结果基本吻合;在StSt_c阶段,考虑反弹的捕集效率小于不考虑反弹的捕集效率,需对文献研究结果进行修正,修正结果为文献研究结果乘以反弹系数k,k是St、拦截系数Rp、填充率c及H的函数.     

过滤体结构对柴油机微粒捕集器加热再生过程影响的数值研究

针对车用柴油机微粒捕集器过滤体孔道内的加热再生模型,采用数值模拟方法,对加热再生过程中过滤体孔道内微粒燃烧与壁面温度沿轴向分布以及过滤体结构参数对再生过程的影响规律进行数值研究。结果表明:过滤体的壁面温度从过滤体前端向后端依次升高,且整个过滤体的峰值温度出现在过滤体后端;较小的过滤体壁面厚度会增加过滤体前端的再生时间,缩短后端的再生时间;较小的过滤体长度及较大的过滤体孔道宽度都可使整个过滤体的再生时间缩短。研究结果可为微粒捕集器再生过程的优化提供重要的理论指导。