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《湖南大学》 2009年
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壁流式柴油机微粒捕集器捕集及微波再生机理研究

刘云卿  
【摘要】:随着柴油机排放法规的日趋严格,壁流式微粒捕集器已成为降低柴油机微粒排放的必备装置。壁流式微粒捕集器的研究难点为稳瞬态捕集机理、微粒运动和沉积机理,以及再生机理。其中,稳瞬态捕集机理关系着其捕集效率的高低,并制约着其流动阻力的大小;微粒运动和沉积机理决定了微粒在其内沉积分布;再生机理决定着其再利用率的高低和使用寿命的长短。所以,对上述难点进行研究,具有重要的理论意义和工程实用价值。 本文依托国家“863”项目子项( 2008AA11A116)“新一代环保高效柴油机研发”、国家自然科学基金项目(50876027)“柴油机微粒捕集多孔介质的微波-铈锰基添加剂复合再生机理研究”和湖南省自然科学基金重点项目(06JJ20018)“车用微粒捕集器复合再生过程气粒两相流动与燃烧数值模拟”,采用理论计算和试验验证相结合的方法,对壁流式微粒捕集器的稳态、瞬态捕集机理、微粒运动沉积机理,以及微波再生机理等4方面进行了研究。取得的主要成果如下: 1、基于填充床捕集理论和纤维捕集理论两种传统的捕集理论,推导并获得了两种壁流式微粒捕集器稳态捕集过程的数学模型。将两种模型的计算结果与试验结果、以及已有文献的计算结果进行对比,结果表明,基于填充床捕集理论建立的稳态捕集模型更适合描述壁流式微粒捕集器的稳态捕集过程。对该模型进行了数值求解,获得了排气特征参数和过滤体结构参数对不同粒径微粒稳态捕集过程的影响规律; 2、针对壁流式微粒捕集器深床捕集阶段和滤饼捕集阶段的捕集特点,首次提出了过滤壁面饱和度和微粒在过滤壁表面沉积效率等概念,从理论上推导了包括深床捕集和滤饼捕集两个阶段在内的完整的瞬态捕集数学模型,并通过试验验证了该模型在工程应用中是可行的。对该模型进行数值求解,获得了壁流式微粒捕集器的捕集效率和流动阻力的瞬态变化历程、微粒的沉积特性和过滤体结构参数的瞬态变化历程,以及排气特征参数和过滤体结构参数对瞬态捕集过程的影响规律; 3、建立了壁流式微粒捕集器内排气-微粒两相流动的模型;考察了从不同位置释放的不同粒径微粒的运动轨迹以及部分滑移和布朗运动对微粒运动轨迹的作用,研究了部分滑移、布朗运动、微粒粒径、过滤壁面渗透率和上游速度等因素对孔道内速度场和微粒在孔道内的沉积分布特性的影响;得到了支配微粒运动和沉积三种机理的主要作用范围,即:在任何情况下,流体拖拽力都占有统治地位;布朗运动和微粒惯性的作用效果分别与Pein数和Rep*数有关,当Pein数和Rep*数增大时,微粒惯性的作用效果增强,而布朗运动的作用效果减弱; 4、在考虑了沉积在过滤壁面内部的微粒量、沉积在过滤壁表面的微粒层分布的非均匀性,以及微波反射特性对再生特性影响的基础上,从理论上推导并得到了壁流式微粒捕集器的微波再生数学模型,将计算结果与已有文献的试验结果和本文的试验结果进行了对比,较为吻合。用该模型预测了堇青石和碳化硅两种过滤体的微波能流密度、过滤壁面温度、温度梯度、微粒层分布、过滤壁面孔隙率、渗流速度、再生效率和压力损失的瞬态变化规律,得到了微波源位置、排气特征参数、微粒负载参数、过滤体结构参数对微波再生性能的影响规律。 本文的研究工作不仅能为准确预测壁流式微粒捕集器的捕集性能、流阻性能和再生性能奠定了坚实的理论基础,而且能对优化设计壁流式微粒捕集器的结构参数和精确的控制壁流式微粒捕集器的微波再生过程,提供重要的理论指导。此外,本文的研究工作还对其它类型的微粒捕集器(如:通流式微粒捕集器)和其它类型的再生技术(如:电加热再生、喷油助燃再生)的研究,具有参考价值。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TK421.5

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
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2 龚金科;杜佳;鄂加强;刘恒语;张福杰;;柴油机微粒捕集器微波再生模糊综合评价[J];华南理工大学学报(自然科学版);2012年05期
3 郭秀荣;王鹏;;微米木纤维纹孔对超微粒子稳态捕集效率的模拟[J];南京林业大学学报(自然科学版);2014年03期
4 满长忠;辛志鹏;王冲;唐运榜;姚金钰;;基于GT-Power的柴油机微粒捕集器的性能模拟研究[J];农业装备与车辆工程;2014年06期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
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3 伏军;微粒捕集器喷油助燃再生过程热工参数建模及控制系统研究[D];湖南大学;2011年
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5 何霞辉;基于非稳态不可压缩流的可扩张并行算法研究[D];湖南大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 黄迎;柴油机壁流式微粒捕集器灰烬沉积过程研究[D];湖南大学;2011年
2 张文强;柴油机尿素SCR系统反应特性的研究[D];湖南大学;2011年
3 杜佳;微粒捕集器复合再生系统再生特性辨析与智能评价研究[D];湖南大学;2012年
4 张福杰;柴油机尿素SCR催化器数值模拟及结构优化研究[D];湖南大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 赖天贵;柴油机微粒捕集器流场研究及其优化设计[D];湖南大学;2005年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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6 邱冰冰;;一种高效换热式旋风分离器的研究[J];蚌埠学院学报;2012年03期
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8 李国玉;李宁;康佳梅;;青藏铁路冻土区块石护坡路基热传递特性[J];冰川冻土;2007年02期
9 李靖波;赵爱国;杨玉贵;董元宏;;通风块石层非达西效应的试验研究[J];冰川冻土;2010年02期
10 靖苏铜;王伟;韩立波;;宏观治理城市机动车排放措施的研究[J];环境科学与管理;2010年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 常宝华;熊伟;高树生;刘华勋;张静楠;;大尺度缝洞型油藏弹性开采特征实验研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
2 傅礼兵;姚约东;;基于指数式非达西渗流模型的解析解[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
3 唐明云;施安峰;贾江涛;吴斌;王晓宏;;考虑轻油组分的SAGD过程热采稠油数值研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
4 罗建新;张烈辉;赵玉龙;刘启国;;线性复合油气藏试井解释模型及典型曲线分析[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
5 杨锋;王新海;刘洪;;井钻遇溶洞油藏试井解释方法[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
6 刘华林;熊伟;高树生;;矩形五点井网稳定注采压力系统的建立[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
7 李道伦;杨景海;查文舒;;数值试井若干关键技术研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
8 邵九姑;许友生;;Forchheimer型非达西渗流系统的数值模拟[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
9 王军玲;瞿艳芝;;北京市机动车NO_x减排措施分析[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C];2011年
10 吴晓青;李嘉禄;陈祖胖;冯驰;;RTM充模可视化预测系统的开发与应用[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(下)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李润之;点火能量与初始压力对瓦斯爆炸特性的影响研究[D];山东科技大学;2010年
2 王革;有壁面质量注入通道流体动力学典型问题分析[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 黄丽萍;电晕放电与光催化协同净化室内空气研究[D];大连海事大学;2010年
4 蔡皓;三效催化转化器长寿低排放机理及性能优化研究[D];湖南大学;2010年
5 王曙辉;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];湖南大学;2010年
6 齐云阶;水平井采油举升方法及其应用研究[D];中国地质大学(北京);2010年
7 王丽君;基于信号处理的氢燃料发动机优化控制[D];解放军信息工程大学;2010年
8 王苏敬;大功率机车柴油机时间控制式燃油喷射控制系统研究[D];北京交通大学;2011年
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10 张辉;轿车柴油机微粒捕集器工作过程数值模拟及再生控制策略研究[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘炎昊;高煤级煤储层条件下的气体运移机理[D];河南理工大学;2010年
2 桑培淼;注水强化松软煤壁稳定性的规律及工艺参数研究[D];河南理工大学;2010年
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5 丁凯;酸化油生物柴油降粘及排放特性试验研究[D];山东农业大学;2010年
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7 尹和俭;紧凑式SCR净化消声装置设计与仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 田文凯;多功能燃烧弹的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 王黎黎;旋风除尘器内部流场实验和数值模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
10 邢利铭;掘进巷道煤岩瓦斯流固耦合效应数值模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宁智,路勇;柴油机排气微粒静电捕集的理论分析[J];北方交通大学学报;2000年04期
2 宁智,路勇;柴油机微粒捕捉器捕集效率模型的研究[J];北方交通大学学报;2001年01期
3 宁智,宋波,资新运,刘建华;柴油机排气微粒壁流式陶瓷过滤体过滤机理及影响因素[J];北京交通大学学报;2005年04期
4 易芳;采用MATLAB的线性回归分析[J];兵工自动化;2004年01期
5 侯献军;马义;彭辅明;颜伏伍;张献安;;基于GT-Power的DPF喷油催化燃烧再生仿真技术[J];北京理工大学学报;2011年01期
6 云非;;燃油品质及其对发动机排放的影响分析[J];北京汽车;2008年02期
7 周萍;孙跃东;李春;;柴油掺水乳化对柴油机经济性和排放的影响[J];重庆工学院学报(自然科学版);2007年04期
8 吴晓东,翁端,陈华鹏,徐鲁华;柴油车微粒捕集器过滤材料研究进展[J];材料导报;2002年06期
9 张玉娣,张长瑞;CVI-PIP工艺制备C/SiC复合材料及其显微结构研究[J];材料科学与工程学报;2004年05期
10 张小立,吕振林,金志浩;无压反应烧结MoSi_2-SiC_p复相材料的制备与性能[J];稀有金属材料与工程;2003年12期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴健;柴油机共轨式电控喷射系统喷射过程的模拟计算和研究[D];湖南大学;2002年
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3 张崎;基于Kriging方法的结构可靠性分析及优化设计[D];大连理工大学;2005年
4 侯玉春;燃料设计控制HCCI燃烧与排放的试验研究[D];上海交通大学;2007年
5 邵玉平;柴油机微粒捕集器逆向喷气再生技术研究[D];天津大学;2005年
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7 陶建忠;利用选择性催化还原反应(SCR)降低车用柴油机氮氧化物的技术研究[D];山东大学;2008年
8 黄齐飞;低温等离子体辅助催化型颗粒物捕集器净化柴油机尾气污染物的研究[D];天津大学;2008年
9 张勇;基于近似模型的汽车轻量化优化设计方法[D];湖南大学;2009年
10 温苗苗;尿素选择性催化还原系统的仿真与优化[D];武汉理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张涛;基于耐撞性的汽车前纵梁焊点模拟及其优化研究[D];湖南大学;2009年
2 鲍军;尿素SCR系统催化转化性能模拟及控制策略研究[D];湖南大学;2011年
3 高镜惠;柴油机红外再生微粒捕集器电路控制系统研究与开发[D];大连理工大学;2004年
4 李金武;4102BZLQ型增压中冷柴油机颗粒排放的研究[D];天津大学;2003年
5 吴小春;柴油机Urea-SCR实验研究——降低NO_X排放[D];武汉理工大学;2004年
6 赖天贵;柴油机微粒捕集器流场研究及其优化设计[D];湖南大学;2005年
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8 王劲;柴油机微粒捕集器捕集再生机理及模型研究[D];湖南大学;2005年
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10 刘丙善;Urea-SCR排气后处理系统在重型柴油机中的应用[D];武汉理工大学;2006年
【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 王丹;柴油机微粒捕集器及其再生技术研究[D];吉林大学;2013年
2 胡继林;SiC-TiC(TiB_2)复合粉末的碳热还原合成及烧结研究[D];湖南大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 赵海光;柴油机SCR尿素喷射系统开发及试验研究[D];吉林大学;2013年
2 刘洪涛;CA4D20柴油机燃烧系统关键构件的优化匹配[D];吉林大学;2014年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宁智,路勇;柴油机微粒捕捉器捕集效率模型的研究[J];北方交通大学学报;2001年01期
2 王海滨;国外生物质能转化技术与应用[J];能源基地建设;2000年06期
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4 吴晓东,翁端,陈华鹏,徐鲁华;柴油车微粒捕集器过滤材料研究进展[J];材料导报;2002年06期
5 龚大国,袁宗宣,谢春梅,赵君科,贺克斌;等离子体汽车尾气治理技术[J];重庆环境科学;2003年02期
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9 资新运;柴油机微粒捕捉器的研究现状及发展趋势[J];车用发动机;2000年02期
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 邵玉平;柴油机微粒捕集器逆向喷气再生技术研究[D];天津大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 刘朋;现代车用柴油机微粒化学成分的分析及生物毒性的研究[D];天津大学;2004年
2 王劲;柴油机微粒捕集器捕集再生机理及模型研究[D];湖南大学;2005年
【相似文献】
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1 龚金科,梅本付,王劲,鄂加强,袁文华;车用柴油机微粒捕集器热再生的一维数值模拟[J];车用发动机;2005年05期
2 刘云卿;龚金科;鄂加强;;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[J];中南大学学报(自然科学版);2007年02期
3 马林才;;柴油添加剂和微粒捕集器的协同性分析与研究[J];柴油机;2008年02期
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6 李新;资新运;颜伏伍;姚广涛;杜常清;;柴油机微粒捕集器燃油添加剂催化再生研究[J];武汉理工大学学报;2009年24期
7 杨通顺;;实现欧Ⅳ和欧Ⅴ排放法规的若干技术措施(下)[J];汽车与配件;2004年40期
8 资新运,邵玉平,李新,姜大海,邓成林;采用低温等离子体技术净化柴油机排气微粒[J];小型内燃机与摩托车;2005年05期
9 魏雄武;杜传进;;柴油机微粒捕集器关键技术发展现状与分析[J];柴油机设计与制造;2005年04期
10 张春润;邵玉平;肖慧明;何国本;姜大海;邓成林;;柴油机微粒捕集器再生技术研究[J];军事交通学院学报;2005年02期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 曹丽;业红玲;王继先;王务林;;柴油机微粒捕集器技术研究进展[A];2007年APC联合学术年会论文集[C];2007年
2 范亦工;胡华;;排放法规和内燃机油发展的最新趋势[A];中国汽车工程学会燃料与润滑油分会第11届年会论文集[C];2004年
3 侯献军;马义;彭辅明;颜伏伍;;喷油催化燃烧再生的DPF提温特性研究[A];湖北省内燃机学会2009年学术年会论文集[C];2009年
4 冀树德;张伟;高波;杨天军;刘志刚;;柴油发动机及车辆排放法规的发展动态[A];第十七届全国大功率柴油机学术年会论文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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2 王爱红;平原厂两年实现销售收入翻一番[N];中国航空报;2003年
3 本报记者 韩朴;发动机环保技术要三条腿走新路[N];中国汽车报;2003年
4 本报记者 张影 通讯员 王峥;老西关缔造高科技神话之谜[N];广州日报;2004年
5 爱红 代磊 相贤;舞好“龙头”拓市场[N];中国航空报;2002年
6 记者 高朔 张宇星;专家为柴油车“上书”[N];中国汽车报;2000年
7 本报记者 刘坚;轿车柴油化有点难[N];中国汽车报;2001年
8 龚程;柴油机将成为世界车用动力的主流[N];中国机电日报;2001年
9 文章;上海日野国Ⅳ发动机聚焦行业目光[N];中国企业报;2008年
10 本报记者 赵改荣;汽车及零部件产业:大鹏展翅正当时[N];新乡日报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 吴钢;微粒捕集器分区微波再生过程优化与控制系统研究[D];湖南大学;2011年
2 龙罡;催化型微粒捕集器NO_2高效利用及铈基复合再生机理研究[D];湖南大学;2012年
3 刘云卿;壁流式柴油机微粒捕集器捕集及微波再生机理研究[D];湖南大学;2009年
4 刘云卿;壁流式柴油机微粒捕集器捕集及微波再生机理研究[D];湖南大学;2009年
5 王丹;柴油机微粒捕集器及其再生技术研究[D];吉林大学;2013年
6 邵玉平;柴油机微粒捕集器逆向喷气再生技术研究[D];天津大学;2005年
7 王军;NTP技术转化柴油机NO_x及再生DPF的实验研究和机理分析[D];江苏大学;2009年
8 华伦;汽车催化转化器的数值模拟与结构优化[D];吉林大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 田婵;旋转径向式微粒捕集器消声特性及流动均匀性分析[D];湖南大学;2012年
2 王兵;欧洲稳态测试循环下微粒捕集器的特性分析[D];大连理工大学;2010年
3 李涛;纤维材料微粒捕集器特性及再生控制系统研究[D];吉林大学;2011年
4 马义;柴油机微粒捕集器再生仿真[D];武汉理工大学;2011年
5 刘恒语;壁流式微粒捕集器连续再生特性研究[D];湖南大学;2012年
6 张汉召;炭化微米木纤维微粒捕集器制造工艺及过滤机理研究[D];东北林业大学;2011年
7 王超;微粒捕集器复合再生过程微粒燃烧与多场协同机理研究[D];湖南大学;2013年
8 黄迎;柴油机壁流式微粒捕集器灰烬沉积过程研究[D];湖南大学;2011年
9 陈韬;基于铈添加剂柴油机微粒捕集器催化再生机理研究[D];湖南大学;2011年
10 吁璇;柴油机喷油助燃再生微粒捕集器的设计与数值研究[D];湖南大学;2010年
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