DPF孔道内流场及微粒沉积特性的数值模拟

通过Fluent软件建立了柴油机微粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)计算模型,运用离散相模型模拟计算了孔道内部气体与微粒的流动,并针对不同壁面渗透率及滤饼层厚度进行了研究.结果表明:沿DPF长度方向,进气孔道内气流速度逐渐降低,排气孔道内气流速度逐渐增大,壁面渗流速度也逐渐增大;渗透率的增大会加剧DPF孔道内速度的变化,同时引起进气孔道内静压下降,但对排气孔道静压影响不大;微粒在DPF孔道内分布具有不均匀性,后端沉积较多而前端较少;随着滤饼层厚度的增加,微粒分布不均匀性逐渐降低,压降受DPF进气流速的影响则逐渐增大.     

含氧量对颗粒捕集器热再生过程的影响

通过GT-power软件建立柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter, DPF)的热再生模型,计算不同含氧量时再生过程的气体流速分布和碳烟密度分布,并分析含氧量和再生温度对DPF热再生效果的协同作用.结果表明:与φ(O_2)=0.11时DPF再生过程相比,当φ(O_2)=0.21时DPF入口通道内气体的流动更均匀,其壁面渗流速度更小,碳烟密度更低;在一定范围内,适当提高再生温度和氧气浓度有助于提高DPF的再生速率,但φ(O_2)0.21后,含氧量的增加对再生效果的促进作用有所减弱.     

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 .     

柴油机颗粒捕集器捕集效率的数值模拟及试验验证

为研发高过滤效率的颗粒捕集器,通过填充床捕集理论建立其综合捕集效率的数学模型,并利用Matlab和试验对所建立的数学模型进行验证.结果表明:在整个微粒捕集过程中,布朗扩散起主导作用,减小排气流量和提高排气温度均能提高布朗扩散捕集系数和综合捕集系数,而排气流量和排气温度对直接拦截捕集机理的影响不大;当微粒粒径小于100 nm时,布朗扩散捕集机理起主导作用,综合捕集系数随微粒粒径的减小而迅速增加,数值与布朗扩散捕集系数相差不大;当微粒粒径大于100 nm时,直接拦截捕集机理作用增强,综合捕集系数随微粒粒径的增大而减小缓慢,数值大于布朗扩散捕集系数,但仍较小;当微粒粒径为100~500 nm时,由于各种捕集机理相互竞争,综合捕集系数出现最小值.     

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。     

柴油机颗粒捕集器中流场的三维数值研究

柴油机颗粒捕集器是能够有效减少颗粒物排放的装置,而颗粒捕集效率很大程度取决于其内部的气流分布。基于体积平均法建立了捕集器内的三维流体模型,并对流场分布进行分析。在六种入口轴向速度下,研究了进排气通道的平均轴向速度以及多孔壁面的平均渗流速度特点。结果表明:进气通道的平均速度非线性减小,排气通道平均速度非线性增大,交叉点之后平均速度的变化明显加快;多孔壁面的平均渗流速度先减小后增大;进、排气通道平均轴向速度交叉点以及多孔壁面平均渗流速度的最小值出现在捕集器中心处之后。     

喷油助燃式微粒捕集器在公交车上的应用

柴油机具有高燃烧效率,但颗粒排放物却比汽油机高几十倍。目前控制柴油机颗粒排放最有效的方法是加装微粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)装置,然而其再生一直是一项尚未完全解决的难题。文章设计了一套旁通助燃式微粒捕集器装置,介绍了其结构和工作原理,进行了性能检测和实际公交车运行,给出了验证分析结果,证实该套装置实际应用的可靠性。研究结果具有一定的实用价值。     

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 .     

针阵列对板电晕放电捕集微细颗粒物研究

研究了采用针阵列对板电晕放电对粒径在0.3～10.0μm之间的微粒进行捕集的捕集效率.研究中利用洁净空气量分析其捕集效果,利用Deutsch公式计算微粒的有效驱进速度,根据实验结果和静电除尘理论,分析得到引起捕集效率高的原因是放电区电场强度高,则快速电子密度高,使微粒有效荷电,同时荷电微粒的驱进速度高;针到板之间的间距窄,则荷电微粒的定向运动距离短、电场对其的捕集时间短;直流供电提供稳定的电场,相对于变化的电场来说放电区气流相对稳定,利于荷电微粒定向运动.     

高梯度磁场中燃煤PM10的捕集试验

利用高梯度磁场试验装置进行了捕集燃煤可吸入颗粒物的试验研究.采用电称低压冲击器(ELPI)在线实时测量了颗粒浓度的变化,系统研究了颗粒磁性、磁场强度、气溶胶流速和磁介质填充率对颗粒捕集效率的影响.结果表明:在0.1～10 μm范围内,颗粒的总捕集效率可以达到25%～36%;较大和较小的颗粒捕集效率相对较高;而粒径在1～3 μm的颗粒捕集效率相对较低.磁矩较大的样品,其捕集效率较高.磁场强度和磁介质填充率的增加可以提高颗粒的捕集效率,而气体流速的增大则会导致颗粒捕集效率降低.较低的气体流速有利于小颗粒的捕集,而较高的磁介质填充率对于大颗粒的捕集更为有利于.试验结果表明,采用高梯度磁分离控制燃煤可吸入颗粒物是一种新型有效的方法.     

柴油机微粒捕集器泡沫型滤芯上气流压降特性研究

研究了柴油机微粒捕集器泡沫型多孔介质滤芯上的气流压降特性,提出了一种预测泡沫型多孔介质滤芯气流压降的理论模型.模型将泡沫型滤芯材料复杂的内部孔隙结构简化成规则布置的球形通道,直接以滤芯材料的孔隙率和平均孔隙直径为基本参数,同时考虑了流体流过滤芯时介质骨架表面对其的摩擦阻力作用以及介质骨架在流体中的形状阻力,并给出了描述多孔介质滤芯的压降特性关系式及式中渗透率和惯性项系数的计算方法.研究结果显示,对于壁流式滤芯来说,使用达西公式来描述气流通过过滤介质时的压降具有足够的精度,而通流式滤芯必须考虑气流惯性项的影响,公式对其具有良好的适用性.该文的研究结果可以作为DPF的设计和优化提供理论依据和参考.     

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.     

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.     

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.     

残余灰分对低温等离子体再生颗粒物捕集器的影响

为了研究残余灰分对低温等离子体(NTP)柴油机颗粒物捕集器(DPF)再生的影响,搭建了颗粒物(PM)捕集系统及NTP喷射再生DPF试验系统,并利用傅里叶红外光谱仪及X射线能谱仪分析了灰分中的官能团及元素组成。研究结果表明,残余灰分提高了DPF的导热热阻,使得再生过程中DPF内部温度升高。残余灰分减小了DPF的孔隙率,PM捕集率升高,完全再生时的碳去除量明显增多,增幅达34.0%。灰分样品中主要成分为金属氧化物及无机盐,金属元素质量分数达23.8%～27.4%,P和S元素质量分数分别在6.8%～8.9%和9.6%～14.4%。此外,灰分样品中还含有少量有机物,其中含氧官能团和芳香环的吸收峰较为明显。75%负荷下得到的灰分样品中的C、O含量比相对最低,表明该样品中金属氧化物及无机盐含量相对较高,而有机物含量较低。     

钻井液离心机沉降模型及捕集效率研究

在充分考虑固液两相流动特点的基础上,根据钻井液离心机的结构特点和工作原理,提出了涉及初始沉降位置对离心机捕集效率影响的钻井液离心机固相颗粒沉降模型,并在此基础上提出了钻井液离心机捕集效率计算方法。该方法反映了离心机结构参数、操作参数、钻井液参数和捕集效率之间的关系。文献中捕集效率理论计算值、本文所提方法计算值和实测值之间的对比结果表明,采用本文所提方法得到的捕集效率计算值与实测值吻合度较高,证明了沉降模型和计算公式的正确性和准确性。     

纤维截面形状对纤维捕集效率及压力损失的影响

为研究纤维截面形状对纤维过滤器性能的影响,采用Visual Basic的应用程序版(VBA)随机生成不同几何截面形状的虚拟纤维过滤介质,通过计算流体动力学(CFD)技术求解流体在纤维介质流动的动量方程,得出不同几何截面形状纤维的压力损失.采用拉格朗日方法统计被纤维捕集颗粒数,获得纤维介质的捕集效率.采用质量因子综合评价模拟纤维过滤介质的过滤性能,研究不同几何截面形状纤维的异型度和形状系数对其捕集效率、压力损失以及质量因子的影响.模拟结果表明:压力损失随着形状系数的增大而增大;在填充率小于0.20时,三叶形纤维的捕集效率最高且压力损失最大;异形度、形状系数大的纤维对直径小于2μm的颗粒具有较好的捕集效果;在纤维直径为30μm时,对于颗粒直径小的粒子,三叶形纤维的综合过滤性能最好,而当纤维直径为5μm时,圆形纤维的质量因子最高.     

非对称孔道与对称孔道的DPF载体压降交点研究

为了减小排气背压对柴油机性能的影响,最大限度地减小柴油机颗粒捕集器(DPF)压降,对对称孔道和非对称孔道DPF载体压降进行模拟计算,研究碳烟和灰分的不均匀分布对DPF载体压降的影响,给出对称孔道和非对称孔道DPF载体的选取指标。研究结果表明:对称孔道DPF碳烟最优分布为前少后多,不对称孔道DPF碳烟的最优分布则与之相反,两者的灰分最优分布皆为分布于孔道末端。孔密度低于46.5个/cm2,壁厚较小或长径比小的非对称孔道性能较好,排气流量大,排气温度低于100℃或高于400℃更适合采用对称孔道DPF载体。     

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.