壁流式陶瓷颗粒过滤器结构特性分析

摘要

壁流式陶瓷颗粒过滤器是柴油车上有效净化碳颗粒的装置。随着汽车排放标准要求的日益严格，在过滤器工艺的微观结构上、性能上提出了更高的要求，力求更高的过滤效率、尽量低的排气阻力。 壁流式陶瓷颗粒过滤器内部由许多狭长的微通道组成。常规的流场模拟是将过滤器整体看作多孔介质，得不到狭长微通道上的气流分布及粒子沉积浓度等特性参数。本文的工作集中在狭长的微通道内部的流动特性分析，选取四个1/4气道及四个多孔壁作为计算区域，分析微通道壁面两侧的流动参数，寻求微通道结构尺寸的的最优值。主要考虑了半边长分别为1.2mm、1.0mm、0.8mm的三种模型，应用FLUENT软件，建立了三维六面体网格结构，用k-ε湍流模型进行了模拟，对其静压力场、速度场、碳颗粒浓度场进行了分析。 不同边长微通道的计算结果表明，半边长为1.2mm的模型具有较低的排气阻力、较好的碳颗粒沉积特性。针对半边长1.2mm的模型，选取入口速度分别为20m/s、30m/s、40m/s进行模拟，结果显示20m/s的模型具有较好的流动特性。据此得出，结构尺寸一定的过滤器只能在一定的流动特性下得到理想的结果。 增加微通道边长和增加目数都有利于过滤效率的提高、排气阻力的降低。在过滤器横截面积一定的情况下，过滤器的目数与孔道边长和壁厚的和的平方成反比。因此，为提高过滤器性能而增加目数或增加边长是矛盾的。在两者不能兼得的情况下，增加目数成为通常的选择，带来的问题是对工艺要求的提高。 现行的数值模拟方法对分析问题提供了便利，但对于多参数优化还有许多不足。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 柴油机排气污染物的现状、排气构成

1.2 排放物中颗粒物的净化技术、柴油机排放标准

1.3 壁流式陶瓷过滤器材料及参数选取

1.4 国内外相关内容研究进展

1.5 本课题的研究内容及意义

1.6 本章小结

2 数值模拟基础

2.1 计算流体动力学

2.2 CFD通用软件简介

2.3 FLUENT软件简介

2.4 多孔介质理论简介

2.5 多相流简介

2.6 本章小结

3 数值模拟

3.1 计算模型

3.2 数学模型

3.3 网格划分

3.4 过滤器结构参数选取方案

3.5 FLUENT中求解方案的选取

3.6 多孔介质和两相流设定

3.7 边界条件类型的选取及设置

3.8 本章小结

4 计算结果分析

4.1 计算前处理

4.2 结果分析

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢