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.     

DPF缸内次后喷再生效率和排放的试验研究

文章针对柴油机微粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)的再生展开相应的研究。利用降怠速再生试验(drop-to-idle,DTI)确定载体碳载量限值,利用台架试验研究了缸内次后喷(late post injection,LPI)基于不同再生温度与再生时间对再生效率和排放性能的影响。结果表明:3.0g/L的碳载量水平满足DTI的试验要求且适宜再生试验研究,可以避免在再生突然中断后DPF内部温度迅速升高,避免载体烧融;再生时间维持在2min左右,再生时DPF出口温度维持在500℃左右时,DPF再生效率高达98%,装载碳烟几乎完全燃烧,且DPF内部温度和出口温度可控,保证了DPF安全可靠再生,同时增加了DPF使用寿命;对整个再生过程中尾气成分进行分析和计算,发现柴油机尾气中HC为主要二次污染物,且排放相对较大。     

Ce基FBC催化柴油机碳烟氧化特性的试验

为了研究Ce基燃油添加剂(FBC)对柴油机碳烟催化氧化的效果,采用环烷酸铈溶液作为FBC,按照Ce元素质量分数分别为50,100,150,300 mg·kg~(-1)加至柴油中,依次标记为F50,F100,F150,F300.在发动机台架上进行了燃用FBC燃油的烟度、颗粒粒径分布和氧化特性以及微粒捕集器(DPF)催化再生的试验研究.结果表明:添加FBC可以改善柴油机燃油消耗率,降低排气温度和烟度排放;柴油机燃用FBC燃油时,其碳烟颗粒质量分布总体向着小粒径方向移动,排放颗粒物中积聚态颗粒物所占比重有所上升,而粗粒子模态所占比重下降;FBC对碳烟颗粒的催化效果非常显著,碳烟氧化特征温度随着FBC比例的增加而降低,柴油机燃用FBC燃油有利于降低DPF再生平衡温度.     

生物柴油调合燃料匹配催化型颗粒物捕集器的排放与再生性能研究

以一台非道路增压中冷共轨柴油机为试验对象,将K_0.2-Ce_0.5Mn_0.5O₂催化剂涂覆于柴油机颗粒物捕集器（DPF）的堇青石过滤体上,探究柴油机催化型颗粒物捕集器（CDPF）对生物柴油调合燃料燃烧污染物排放的影响规律,并开展了CDPF碳烟加载与再生特性的试验研究。试验结果表明,CDPF能够明显降低纯柴油和生物柴油调合燃料的碳烟和气态污染物排放,且对调合燃料的排放物降低效果更显著;CDPF负载催化剂对柴油机气体排放的改善效果受负荷影响较大,在标定工况下两种测试燃油NO_x排放较空白DPF时分别降低17.1%和24.3%,HCHO排放分别降低35.1%和43.6%,CH₃CHO排放分别降低28.4%和29.9%;DPF与CDPF两者对碳烟的捕集过程均包括深床捕集阶段、过渡阶段和滤饼层捕集三个阶段,碳烟加载过程中CDPF前后压差的升高速率明显低于DPF;与纯柴油相比,柴油机燃用生物柴油调合燃料时CDPF的前后压差升高速率有所降低,再生平衡温度向低温区间偏移,有利...     

水力喷射压裂孔道内部增压机制

在室内试验基础上,结合计算流体力学方法,得到水力喷射压裂孔道内的压力分布,并对喷嘴压降、喷嘴直径、套管孔眼直径对孔道增压的影响进行分析.结果表明:在水力射流和套管孔眼密封的共同作用下,水力喷射产生的孔道内部存在增压现象,从而在套管压力低于地层起裂压力下压开地层;孔道压力随喷嘴压降和喷嘴直径的增大而增加;套管孔眼起到的密封作用能够大幅提高孔道压力,对孔道的增压影响很大;水力喷射压裂技术应用于裸眼井时,孔道增压有限,需要提高套管压力才能压裂地层.     

反应吸收法净化柴油机废气

该文采用喷射鼓泡反应器实验研究了高岭土涤烟剂净化柴油机废气的化学反应过程,由高岭土,稀土催化剂和ＮａＯＨ溶液组成的涤因剂,其碳烟的脱除率为６５％,ＮＯｘ,ＳＯ２和ＨＣ化合物的脱除率均在在８０％以上,高岭土的浓度对碳烟脱除率几乎没有影响,喷射鼓泡反应器的使用引起排气背压的升高不会恶化柴油机性能,气温度由４２０～４６０℃降至５０～５６℃。     

瞬态工况下DPF温度特性的数值分析

在柴油机颗粒捕集器(DPF)使用的过程中,工况变换造成的排气热冲击会使其内部出现较大温度梯度,导致热应力破坏.为了避免DPF使用过程中的热应力破坏,以DPF为研究对象,利用对流传热原理建立了DPF温度传递模型,研究了入口流量、载体孔目数、载体长度和颗粒物沉积量对DPF温度特性的影响.结果表明:入口流量可以极大地影响DP...     

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。     

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.     

荷电颗粒在DPF孔道内的流动及沉积特性

为了研究荷电颗粒在柴油机颗粒捕集器内的流动及沉积状况,基于FLUENT模拟软件建立DPF孔道计算模型,利用离散相模型计算了颗粒荷电前后在孔道内的流动及沉积.通过电镜扫描DPF切片分析了不同荷电电压下颗粒在通道内的沉积厚度,验证了模拟计算结果的准确性.结果表明:荷电电压的增加会使进、排气孔内速度变化趋于线性,且荷电电压越高线性变化越明显;在加载电压后进气孔内压力增大,而荷电电压的改变对排气孔道压力变化影响不大,同时荷电电压的增加会使壁面渗流速度沿孔道轴向变化变缓,孔道内的颗粒沉积分布趋于均匀,且电压越高颗粒沉积分布越均匀.     

DPF中碳烟氧化再生的单通道仿真

以La_0.7Sr_0.3CoO₃钙钛矿催化剂氧化碳烟实验为基础,使用COMSOL Multiphysics软件建立二维DPF单通道模型,并进行合理的假设和简化.结合实验进行模型验证,分析了进气流速和进气温度对碳烟氧化的影响,得出以下结论:当进气流速为1.5 m/s,入口温度为881 K时,柴油机微粒过滤器(DPF)通道内温度达到峰值,为1010 K.进气流速和进气温度都会影响碳烟的沉积和反应的进行.进气流速增大,碳烟的氧化反应减慢,碳烟的沉积加剧;进气温度增大,碳烟的氧化反应加快,碳烟的沉积减少,氧化碳烟的起燃时间缩短.     

柴油机燃用纳米CeO_2催化柴油的缸内碳烟分布

利用缸内燃烧可视化技术研究了催化柴油的碳烟生成过程和浓度分布规律,并分析了高压共轨柴油机燃用催化柴油的燃烧特性和烟度排放.结果表明:随着CeO_2质量浓度的增大缸内燃烧时碳烟火焰出现位置提前,消失的时刻更早;与燃用纯柴油相比,催化柴油的缸内碳烟生成区域减小,碳烟浓度降低,碳烟面积占有率比较小,而柴油机排气烟度有所降低,且随着负荷的增加改善效果更明显;纳米CeO_2颗粒会改善燃油燃烧过程并提高放热速率,柴油机燃用催化柴油后燃烧始点提前,缸内压力峰值、放热率峰值和压力升高率峰值均增大,且对应相位更加靠近上止点.     

柴油机燃油和空气磁化节油减烟试验研究

在 S195柴油机试验台架上对柴油机的动力性、经济性和碳烟排放进行研究 ,在标定工况下 ,采用不同磁场强度和不同磁化方法对燃油与空气磁化。结果表明 ,柴油机的比油耗有所下降 ,转速有所提高 ,排气烟度得到大幅度改善。另外 ,空气和燃油磁化后对柴油机性能也会产生影响 ,即燃油和空气同时磁化的效果最佳。     

不同海拔条件下柴油燃烧火焰温度和碳烟特性研究

为了研究海拔条件对柴油机冷起动阶段柴油燃烧过程的影响,在定容燃烧弹台架上模拟了平原和海拔2000 m工况下柴油机缸内的热力学状态,利用双色法获取了不同工况下柴油火焰温度和表征碳烟浓度的KL因子分布. 结果表明,随着海拔由0 m增加至2000 m,环境温度、压力同时降低产生了耦合作用,导致柴油滞燃期由2.0 ms增大至3.13 ms.海拔升高后,柴油燃烧过程中平均火焰温度降低,局部高温区域消失,KL因子总量减少. 海拔条件变化影响了碳烟特性和火焰温度的关系. 随着海拔升高,火焰温度降低,导致碳烟氧化主导阶段碳烟氧化速率降低,局部火焰温度对局部碳烟浓度的影响减小.      

低温等离子体处理柴油机有害排放试验

根据低温等离子体的产生原理和柴油机有害排放物的生成特点,设计了结构和功能具有实用性的等离子体反应器;通过静态试验研究了介质阻挡放电的放电特性及其影响因素,探讨了低温等离子体的化学反应机理;通过柴油机台架试验对低温等离子体处理柴油机排气中的碳烟和NOx进行了研究．结果表明。选用介电常数较大、厚度较薄的介质材料以及合适的放电间隙容易产生强烈的放电,低温等离子体对碳烟具有较高的去除率,亦可有效减少NO,而NOx总量基本不变．排气在等离子体反应区内的有效滞留时间是影响转化效率的重要因素．     

柴油-甲醇组合燃烧碳烟排放模型

采用柴油-甲醇组合燃烧模式可以大幅度降低柴油机碳烟排放．由于组合燃烧模式碳烟排放机理与传统柴油机不同,因此对采用组合燃烧的柴油机进行性能预测,需要建立新的碳烟排放模型．在试验研究的基础上对广安博之的两步碳烟排放模型进行修正,提出了一个新的碳烟生成模型．该模型考虑到了甲醇对碳烟生成的影响．模拟结果与试验结果对比分析表明,该模型计算结果与实测结果一致性良好,能够用来预测柴油一甲醇组合燃烧发动机的碳烟排放．     

排气净化器对柴油机性能的影响

利用GT-Power软件建立了带有排气净化器的6100非增压柴油机和6100涡轮增压柴油机仿真模型。在此基础上对排气净化器在柴油机排气管上的安装位置以及排气净化器阻力对柴油机性能的影响及影响规律进行了研究。研究结果表明,净化器的安装位置对柴油机性能的影响不明显,但净化器的阻力却对柴油机的性能具有较大的影响,并且在不同的工况下对6100非增压柴油机和6100涡轮增压柴油机的影响程度和影响规律具有一定的差异。     

调整参数对柴油机性能影响的试验研究

采用多因素正交回归旋转设计方法进行柴油机优化设计和调整．以N485Q柴油机为研究对象，选用配气相位、进气门间隙、排气门间隙、转速和负荷等5个因素作为调整因子，设计因素5水平试验方案．建立柴油机功率、油耗率和烟度随调整参数而变化的数学模型，定量描述各调整参数对柴油机动力性、经济性和碳烟排放的影响．通过对模型的主效应分析，确定对柴油机性能影响程度较大的因素；通过模型的交互效应分析，找出配气相位和气门间隙对柴油机烟度排放的交互影响．     

碳烟颗粒在尾气排放与机油吸附中分布关系的试验研究

鉴于机油吸附与尾气排放中碳烟颗粒的动态分布关系尚未得到充分的分析研究,同时为了深入认识机油退化机理,实现在线状态监测;对碳烟颗粒缸内分布和机油吸附特性进行了仿真和试验研究。仿真结果表明,扭矩对碳烟生成量影响显著。结合仿真结果在单缸柴油机台架上对碳烟在机油吸附和尾气排放中的分布情况进行了试验研究。试验结果表明,低扭矩工况下机油吸附碳烟颗粒的速率较为明显;在高扭矩工况下,碳烟主要从尾气中排放,机油吸附碳烟颗粒的速率较低。经计算得出两者间的分布关系,为发动机的使用提供实际指导。     

DOC+DPF系统对柴油机污染物排放特性的影响

对装有氧化催化器(diesel oxidation catalyst, DOC)和颗粒捕集器(diesel particulate filter, DPF)后处理系统的柴油机进行台架试验,利用烟气分析仪(Testo 350XL)和发动机废气排放颗粒物粒径谱仪(TSI EEPS 3090)研究不同负荷下柴油机原机、DOC后和DPF后排气中氮氧化物(NO_x)和颗粒物(particulate matter, PM)的变化规律.结果表明：负荷大于50.0%时,DOC后的NO₂体积分数φ(NO₂)显著增加,柴油机原机氮氧化物中NO₂体积分数φ(NO₂/NO_x)随负荷增加而减小,DOC后和DPF后的φ(NO₂)、φ(NO₂/NO_x)随负荷增加先减小、后增大;柴油机原机PM排放取决于柴油机的运行工况,不同负荷下DOC的PM去除率为15%～30%,50.0%负荷下DOC的PM去除率最高,为26%;DPF的P...