柴油機(jī)催化型DPF捕集過程數(shù)值模擬及排放性能試驗(yàn)研究.pdf

1、柴油機(jī)具有動(dòng)力強(qiáng)、油耗低和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已得到廣泛應(yīng)用，但是尾氣中的顆粒排放較高，給地球環(huán)境和人類健康帶來較大的危害。催化型DPF（Catalytic Diesel Particulate Filter, CDPF）不僅能有效地降低柴油機(jī)的顆粒排放，還能將排氣中CO、HC和NO等成分進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化，有效進(jìn)行DPF的連續(xù)被動(dòng)再生；將DOC（Diesel Oxidation Catalyst）與CDPF組合（簡(jiǎn)稱DOC+CDPF）使用不僅能

2、夠保證CDPF的工作可靠性，進(jìn)一步降低CO、HC，還能實(shí)現(xiàn)DPF載體的連續(xù)再生。
　　為了深入研究CDPF的捕集特性以及對(duì)柴油機(jī)氣體污染物和顆粒結(jié)構(gòu)特征的影響，本文應(yīng)用數(shù)值模擬方法，分析了CDPF捕集過程時(shí)內(nèi)部流場(chǎng)及顆粒分布特性。借助柴油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)，評(píng)價(jià)了CDPF以及DOC+CDPF后的排放性能，同時(shí)應(yīng)用透射電鏡（TEM）和圖像處理技術(shù)，考察了CDPF和DOC對(duì)顆粒形貌結(jié)構(gòu)的影響。
　　應(yīng)用GT-POWER和AVL-FIRE

3、軟件建立了CDPF數(shù)值模型，對(duì)模型的壓降進(jìn)行數(shù)值模擬，并借助臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。此外，重點(diǎn)分析了CDPF壓降曲線分布特性，CDPF內(nèi)部氣流流動(dòng)和顆粒分布變化規(guī)律，并優(yōu)化了CDPF結(jié)構(gòu)參數(shù)。模擬結(jié)果表明，在CDPF載體內(nèi)，捕集初期是以深床過濾為主，隨著時(shí)間的增加，捕集方式逐漸以濾餅捕集為主；由于擴(kuò)口區(qū)域內(nèi)存在渦流區(qū)，造成進(jìn)入CDPF的氣流速度不均勻，而在氣流流場(chǎng)的影響下，顆粒在CDPF軸向位置和徑向位置也呈不均勻分布；隨著顆粒沉積

4、量增大，CDPF截面軸向流速分布均勻性得以改善，而改變?nèi)肟诹魉賹?duì)軸向流速分布影響較??；當(dāng)使用直徑比為3.0、孔密度（CPSI）為200和過濾壁厚為0.35 mm的CDPF時(shí)，可獲得較高的捕集效率和較低的壓降變化，并有利于CDPF的氣流分布且對(duì)柴油機(jī)性能影響較小。
　　通過臺(tái)架試驗(yàn)，對(duì)比分析了CDPF和DOC+CDPF對(duì)柴油機(jī)性能及排放的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明，柴油機(jī)在標(biāo)定轉(zhuǎn)速不同負(fù)荷下運(yùn)行，通過CDPF作用，CO和HC轉(zhuǎn)化率平均可

5、達(dá)73％和64%，NO的轉(zhuǎn)化率最高可達(dá)28%，高負(fù)荷時(shí)，通過CDPF作用，對(duì)碳煙排放的降低效果較好，而柴油機(jī)燃油消耗率小幅增加；通過DOC+CDPF作用，對(duì)CO、HC和NO均有較好的氧化作用，其轉(zhuǎn)化率均有所增加， DOC對(duì)碳煙排放的影響不明顯。
　　應(yīng)用TEM試驗(yàn)，對(duì)DOC+CDPF前后排氣中的顆粒進(jìn)行表征獲得顆粒的微觀形貌特性，運(yùn)用圖像處理方法，分析了顆粒的平均直徑，并計(jì)算了顆粒的計(jì)盒維數(shù)，探討了CDPF和DOC對(duì)顆粒形貌結(jié)構(gòu)及