炭化微米木纤维滤芯性能影响因素理论与试验研究

摘要

随着环境问题频发，人们的环保意识逐步提高，近两年国内多个城市频繁出现雾霾天气，更加重了人们对于PM2.5的关注，作为PM2.5的重要贡献源之一，柴油车的尾气排放问题越发受到重视。面对日益严格的柴油车排放标准，柴油车微粒捕集器(DieselParticulate Filter, DPF)得到了较为广泛的研究和应用。本文对一种新型DPF滤芯材料——炭化微米木纤维(Carbonized Micron Wood Fiber，CMWF)进行研究。与目前常用的DPF材料相比，炭化微米木纤维具有过滤效率高、进气阻力低的优点，更为重要的是，其原材料（木材加工剩余物）本身就是一种绿色可再生资源，因此该材料具有良好的发展前景。
　　本文在全面了解柴油机颗粒物(particulate material，PM)物理特性的基础上，结合CMWF材料特点，借助经典纤维理论，分别计算独立单根纤维对柴油机PM基于拦截效应、惯性效应、扩散效应的捕集效率，再应用对数穿透理论建立CMWF滤芯净化柴油机PM过滤效率的理论模型;借助“量纲分析法”，参考其他研究者给出的纤维材料过滤阻力的经验公式和半经验公式，综合多组试验数据得到CMWF滤芯净化柴油机PM进气阻力的理论模型。
　　结合理论模型对CMWF滤芯过滤性能的影响因素进行分析，应用Matlab软件对理论模型仿真计算，得到CMWF滤芯过滤性能随纤维等效半径、滤芯填充率、滤芯长度变化的关系曲线，为滤芯制备提供理论指导。
　　按照选材、微米加工、揉丝、胶合、模压、干燥、炭化和后期处理等工序制备结构参数不同的CMWF滤芯。设计并搭建CMWF DPF滤芯性能检测试验台，应用多种传感器和Kingview6.5软件构建滤芯性能检测系统，依照在用标准GB3847-2005相关规定对特定结构参数的滤芯进行过滤效率、进气阻力的检测试验，验证理论分析的可靠性。

目录

摘要

1 绪论

1．1 柴油车排放标准及控制技术

1．2 DPF过滤材料的研究

1．2．1 陶瓷基材料

1．2．2 金属基材料

1．2．3 复合基材料

1．3 炭化微米木纤维材料

1．4 本文来源与主要研究内容

2 CMWF材料滤芯的过滤机理研究

2．1 CMWF材料对柴油机PM过滤机理研究的理论背景

2．1．1 柴油机PM的粒径分布特点及其球型假设

2．1．2 单纤维过滤理论

2．2 CMWF滤芯材料的捕集效率

2．2．1 CMWF过滤条件下的Kuwabara流场

2．2．2 CMWF的拦截效应及拦截捕集效率

2．2．3 CMWF的惯性效应及惯性捕集效率

2．2．4 CMWF的扩散效应及扩散捕集效率

2．2．5 单根CMWF对PM的总捕集效率

2．2．6 CMWF滤芯的过滤效率

2．3 CMWF滤芯的进气阻力

2．4 本章小结

3 CMWF滤芯过滤性能影响因素的理论分析

3．1 不同结构参数对CMWF滤芯过滤效率影响情况的理论分析

3．1．1 纤维等效半径对过滤效率的影响

3．1．2 滤芯填充率对过滤效率的影响

3．1．3 滤芯长度对过滤效率的影响

3．2 不同结构参数对CMWF滤芯进气阻力影响情况的理论分析

3．2．1 纤维等效半径对进气阻力的影响

3．2．2 滤芯填充率对进气阻力的影响

3．2．3 滤芯长度对进气阻力的影响

3．3 本章小节

4 CMWF DPF滤芯性能影响因素的试验研究

4．1 CMWF DPF滤芯的制备

4．1．1 微米木纤维材料的制备

4．1．2 微米木纤维滤芯的制备

4．1．3 CMWF滤芯的制备

4．1．4 特定结构参数的实现

4．2 CMWF DPF滤芯性能检测试验台的设计与搭建

4．2．1 CMWF DPF滤芯性能检测试验台机械部分

4．2．2 CMWF DPF滤芯性能检测试验台检测部分

4．2．3 CMWF DPF滤芯性能检测试验台软件部分

4．3 试验内容及结果分析

4．4 本章小节

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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