旋轉(zhuǎn)式連續(xù)微波再生微粒捕集器再生機(jī)理及結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究.pdf

1、隨著車輛保有總量的快速增加以及人們對生活環(huán)境的認(rèn)識和觀念的進(jìn)步，車輛減排問題成為人們高度關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。微粒捕集器被認(rèn)為是解決柴油機(jī)微粒排放最有效、最具發(fā)展前景的手段之一，但是微粒捕集器過濾體的再生難題成為了制約其大范圍實(shí)用的關(guān)鍵因素。在目前所提出的主要再生方法中，微波再生技術(shù)因其具有加熱迅速、均勻、能量利用率高、再生過程易于控制、再生窗口寬等優(yōu)點(diǎn)被人們看好，但車載電池的負(fù)荷難以承受再生所需的微波功率之間的矛盾是制約該技術(shù)實(shí)用化的瓶頸

2、。
　　 為此，本文以國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（50876027）“柴油機(jī)微粒捕集多孔介質(zhì)的微波-鈰錳基添加劑復(fù)合再生機(jī)理研究”、國家“863”項(xiàng)目子項(xiàng)（2008AA11A116）“新一代環(huán)保高效柴油機(jī)研發(fā)”和湖南省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（06JJ20018）“車用微粒捕集器復(fù)合再生過程氣粒兩相流動(dòng)與燃燒數(shù)值模擬”為依托，提出了一種新的微粒捕集器技術(shù)，即旋轉(zhuǎn)式微波連續(xù)再生微粒捕集器技術(shù)，并采用數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法對旋轉(zhuǎn)式微波

3、連續(xù)再生微粒捕集器再生機(jī)理和結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行了研究與分析，其主要工作和創(chuàng)新之處如下：
　　 (1)針對目前過濾體微波再生技術(shù)存在的問題，將傳統(tǒng)微粒捕集器中的氣流流動(dòng)方向由軸流改為徑流、過濾體由原來的整體非連續(xù)再生改為分區(qū)輪流連續(xù)再生，發(fā)明了一種具有良好實(shí)用前景的旋轉(zhuǎn)式連續(xù)微波再生微粒捕集器。
　　 (2)建立了過濾單元流動(dòng)特性阻力計(jì)算理論模型，模型可基于過濾體的孔隙率和平均孔隙直徑直接計(jì)算其滲透率、慣性項(xiàng)系數(shù)，揭示了氣流在多

4、孔介質(zhì)中流動(dòng)的壓力損失機(jī)理，具備對流體在多孔介質(zhì)中滲流時(shí)的壓力損失計(jì)算、非線性程度評估的功能，模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)吻合良好。得到了過濾單元阻力系數(shù)和壓力損失表達(dá)式，指明了降低過濾體流動(dòng)損失的方向。
　　 (3)考慮過濾體中微粒分布不均勻性、再生過程中氣固兩相之間的換熱以及不同氣流組分對過濾單元再生的影響等多方面的因素，建立了適于旋轉(zhuǎn)式連續(xù)微波再生微粒捕集器過濾單元再生的三維數(shù)學(xué)模型，試驗(yàn)結(jié)果表明，該模型具有良好的精度，能用于過濾單

5、元的捕集及再生計(jì)算。得到了再生時(shí)氣流含氧量、流速、溫度等氣流特征等因素對過濾單元再生特性影響的規(guī)律。
　　 (4)建立了旋轉(zhuǎn)式微粒捕集器過濾單元微粒捕集模型，揭示了過濾材料微觀結(jié)構(gòu)如孔隙率、平均孔隙直徑，以及宏觀結(jié)構(gòu)如流體在過濾單元上的流動(dòng)距離、滲流速度等因素對捕集效率及微粒物質(zhì)空間分布等靜態(tài)微粒捕集機(jī)理，研究了微粒含量、及微波功率大小對過濾單元再生特性影響規(guī)律。
　　 (5)根據(jù)過濾單元的再生特性和捕集特性，以及過濾體

6、再生過程和捕集過程之間的關(guān)系，以柴油機(jī)排氣流量、密度等參數(shù)為決策變量，以降低捕集過程流動(dòng)損失為目標(biāo)函數(shù)，以預(yù)設(shè)最低過濾效率為主要約束條件，以過濾材料的孔隙率、平均孔隙直徑，以及過濾單元的外徑、外徑與內(nèi)徑之比、長度與直徑之比、過濾單元數(shù)目為變量參數(shù)，建立了過濾單元結(jié)構(gòu)最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，得出了不同捕集效率要求下，維持過濾單元最低壓力損失對應(yīng)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。
　　 本文的研究為過濾體微波再生技術(shù)了提供新的突破方向，在柴油機(jī)微粒捕集器的實(shí)用化