瞬态工况下DPF温度特性的数值分析

摘要

在柴油机颗粒捕集器(DPF)使用的过程中,工况变换造成的排气热冲击会使其内部出现较大温度梯度,导致热应力破坏.为了避免DPF使用过程中的热应力破坏,以DPF为研究对象,利用对流传热原理建立了DPF温度传递模型,研究了入口流量、载体孔目数、载体长度和颗粒物沉积量对DPF温度特性的影响.结果表明:入口流量可以极大地影响DPF的温度特性,当排气流量由173 kg·h-1提高至1072 kg·h-1时,载体轴向温度梯度极值下降56.2％,更大的入口流量会导致载体传热加快;当载体目数由100目提升至300目时,升温迟滞时间下降38.36％,优化孔目数结构可以有效加速载体升温,使温度分布均匀;将载体长度由270 mm增加至630 mm时,轴向温度梯度极值由1465.89 K·m-1降低至734.78 K·m-1,延长DPF长度有利于降低载体前端温度梯度,减缓高温排气的热应力冲击;当颗粒物沉积量分别为0、1.0、2.2、4.0和8.0 g·L-1时,轴向温度梯度极值分别为1465.88、1478.62、1493.24、1521.16和1621.21 K·m-1,颗粒物负载增加会导致载体温度梯度极值呈指数型增加,严重加剧载体局部温度积聚,增大热应力破坏风险.