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《天津大学》 2012年
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柴油机催化型DPF碳烟捕集再生的数值模拟与试验研究

张文斐  
【摘要】:柴油机的排气微粒对人体健康危害很大,颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter, DPF)技术做为一种能够有效去除碳烟颗粒的技术手段已经在国外市场得到了广泛应用。为了满足日益严格的排放法规,我国的柴油机排放后处理技术也在不断地发展成熟。本文通过数值模拟结合发动机试验验证,建立了DPF的数值模型。通过模拟DPF内部碳烟量与温度的变化历程,描述DPF的实际工作过程,为柴油机DPF的国产化设计提供理论依据,研究结果表明: 1.提高发动机转速,会增大DPF的入口气体流量,DPF前后压降增加。发动机试验所测压降试验值与模拟计算值能够较好地吻合。当排气流量为0.04kg/s,孔密度数为100,初始碳烟量为6 g/l时,DPF压降在捕集前期快速增加,之后缓慢增加。当排气流量为0.02kg/s,孔密度数为400,初始碳烟量为0 g/l时,DPF压降在整个捕集过程中上升缓慢。 2. DPF内部气流速度沿径向从中心到边缘逐渐降低;沿轴向从前端到后端逐渐降低。碳烟分布沿径向从中心到边缘逐渐降低;沿轴向分布前后两端高中间部位低。内部温度在再生结束时后端中心处最高。稳态工况下,DPF入口温度大于738K时,碳烟会快速再生。瞬态工况下,当温升曲线斜率为k1=2时,碳烟能迅速进行再生反应,但载体温度上升过快;当温升曲线斜率为k1=0.67时,碳烟再生反应也能较快进行,且载体温度上升较为平缓。 3.当DPF进行二次再生时,滤饼层碳烟量在再生反应初期快速下降,而深层碳烟量则在再生反应进行过程中较为缓慢地下降;再生反应结束后,碳烟量主要从滤饼层开始积累,深层碳烟量在此过程中不再发生变化。 4.排气氧浓度为15%时,DPF内部碳烟再生较为迅速,载体温度较氧浓度为5%和10%的情况高;催化型DPF碳烟再生速率明显加快,催化器最高温度上升不明显;O2热再生、燃油添加剂和Catalytic DPF (CDPF)三种再生方式比较说明,相同进气条件下,CDPF再生时的前后压降最低,碳烟再生速率最快。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TK427

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【参考文献】
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