汽油机颗粒捕集器捕集及再生过程的仿真研究

摘要

汽油机颗粒捕集器是控制汽油机颗粒物排放的有效措施之一，因此，深入研究其工作过程对控制汽油机颗粒物排放具有十分重要的意义。本文使用流体仿真软件AVL-FIRE建立了GPF三维仿真模型，对其进行了结构优化。随后基于优化后的GPF模型及热重试验，对GPF捕集过程和再生过程的流场、碳烟分布、压降进行了仿真分析；此外，还研究了排气参数对捕集和再生过程的影响。论文取得研究结论主要如下：　　GPF中过滤介质的壁厚和孔密度对GPF性能影响较大。其中，过滤效率和压降随孔密度的增加而增加；过滤效率受壁厚的影响较小，但压降随着壁厚的增加而增加。　　排气流量和排气温度直接影响着GPF压降、过滤效率和流场均匀性。GPF压降随着排气流量的增加而增加，而过滤效率则呈现相反的趋势；GPF压降、过滤效率随着排气温度的增加而增加。此外，排气温度和排气流量越大，GPF流场均匀性越差。　　由碳烟的热重分析可知，氧浓度对碳烟的氧化特性影响较大。当氧浓度由2%增加到7%时，碳烟的失重曲线向较低温度区间移动，最大氧化速率随着氧浓度的增加而增加，而碳烟的氧化特征温度和表观活化能均随着氧浓度的增加而减小。NO的加入促进了碳烟在低温区间的氧化，但也使得碳烟在高温区间的氧化反应受到抑制，最终表现为表观活化能随NO浓度的增加而增加。　　排气中氧浓度越高越有利于达到再生平衡状态。当氧浓度为7%且排气温度为800K时，GPF达到再生平衡状态；当额外加入NO时，GPF压降呈现下降的趋势，且排气中NO浓度越高，达到再生平衡状态所需时间越少。升高排气温度有利于GPF达到再生平衡状态。达到再生平衡状态所需时间随着排气中碳烟含量的增加而增加。

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