多级式过滤体结构微粒捕集器微粒分布特性及结构优化研究

摘要

随着汽车保有量的逐年增加，人们对汽车尾气排放污染问题日益重视，越来越严格的排放标准、法规逐渐付诸实施。微粒捕集器被认为是当前柴油车中最简单有效的微粒后处理装置，对于微粒捕集器的性能要求也越来越严格。微粒捕集器过滤体内微粒分布特性对微粒捕集器内过滤体利用效率的高低、过滤体再生周期和过滤体使用寿命的长短有影响。而传统型整体式过滤体结构的微粒捕集器过滤体具有微粒分布不均的缺点，因此本文提出了一种多级式过滤体结构的微粒捕集器，对改善过滤体内微粒分布特性具有重要的研究价值。
　　本文针对微粒捕集器过滤体内的微粒分布均匀特性，做出了一系列的研究工作，其具体内容如下:
　　(1)对比分析了传统型整体式和多级式过滤体结构微粒捕集器过滤体内压力分布特性和微粒分布均匀性。结果表明:两种结构的微粒捕集器过滤体内均形成鲜明的压力分布梯度，但是多级式过滤体结构微粒捕集器过滤体迸、出口端面的压力损失更小，多级式比整体式过滤体结构的微粒捕集器过滤体尾部微粒的沉积量更少，过滤体内微粒分布更均匀。
　　(2)研究了气体入口速度、扩张角、长径比和直径比对多级式过滤体结构的微粒捕集器内微粒分布均匀性的影响并分析了各影响因素的权重。结果表明:减小气体入口速度、扩张角、直径比，增大长径比都能提高过滤体内微粒分布的均匀性，且气体入口速度对微粒分布均匀性的影响最大。
　　(3)建立了多级式过滤体结构微粒捕集器的优化数学模型，对过滤体内三段载体的孔隙率及长度进行优化设计。结果表明:过滤体内三段载体的孔隙率为逐级递增分配，而载体长度同样也是递增分配。提高过滤体捕集效率时三段载体的孔隙率相应的都会减小，且各载体的长度也需相应的增长，但是过滤体内孔隙率及载体长度的分配关系不会发生变化。
　　本文工作为改善微粒捕集器内微粒分布特性，提出了一种可行的办法。为微粒捕集器过滤体结构的优化设计提供了理论指导，为更进一步的研究微粒捕集器的再生过程及再生控制奠定了坚实的基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 柴油机排气微粒的组成

1．3 柴油机微粒排放净化技术

1．4 柴油机微粒捕集器研究现状

1．4．1 过滤体捕集特性的研究

1．4．2 过滤体内流场分布及微粒沉积分布

1．4．3 再生系统的研究

1．5 主要研究内容及论文框架

第二章 微粒捕集器气粒两相流仿真模型

2．1 微粒捕集器

2．1．1 微粒捕集器的结构组成

2．1．2 过滤体材料

2．2 数值模拟基础

2．2．1 计算流体力学简介

2．2．2 FLUENT软件介绍

2．2．3 气粒两相流模型

2．2．4 多孔介质模型

2．3 微粒捕集器内气粒两相流数学模型的建立

2．3．1 过滤体外流动数学模型

2．3．2 过滤体内流动数学模型

2．4 微粒捕集器几何模型的建立与参数设置

2．5 本章小结

第三章 微粒捕集器内压力及微粒分布特性研究

3．1 微粒捕集器压力分布特性分析

3．1．1 整体式过滤体结构微粒捕集器内压力分布

3．1．2 多级式过滤体结构微粒捕集器内压力分布

3．2 微粒捕集器微粒分布特性分析

3．2．1 整体式过滤体结构微粒捕集器内微粒分布

3．2．2 多级式过滤体结构微粒捕集器内微粒分布

3．2．3 两种过滤体结构微粒捕集器过滤体尾部微粒分布

3．2．4 两种过滤体结构微粒捕集器过滤体微粒分布均匀值

3．3 本章小结

第四章 多级式过滤体结构微粒捕集器微粒分布影响因数灰色关联分析

4．1 微粒分布均匀性影响因素研究

4．1．1 入口速度对微粒捕集器过滤体内微粒分布的影响

4．1．2 扩张角对微粒捕集器过滤体内微粒分布的影响

4．1．3 长径比对微粒捕集器过滤体内微粒分布的影响

4．1．4 直径比对微粒捕集器过滤体内微粒分布的影响

4．2 灰色关联分析

4．2．1 灰色关联计算方法

4．2．2 分析影响权重

4．3 本章小结

第五章 多级式过滤体结构微粒捕集器结构优化与分析

5．1 捕集器结构优化设计理论及方法

5．1．1 捕集器结构优化设计流程

5．1．2 近似数学模型的确定方法

5．2 捕集器捕集效率及单位捕集量数学模型

5．2．1 微粒捕集理论

5．2．2 微粒捕集效率数学模型

5．2．3 捕集器单位体积微粒捕集量数学模型

5．3．1 参数变量的确定

5．3．2 优化目标的确定

5．3．3 约束条件的确定

5．3．4 过滤体优化数学模型

5．3．5 优化结果及分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表学术论文