柴油机排气颗粒与DPF过滤壁面的碰撞力学特性分析

摘要

为了研究柴油机排气颗粒与DPF过滤壁面的碰撞力学特性,基于柴油机排气颗粒在DPF内过滤壁面的碰撞过程,建立颗粒与壁面的碰撞反弹模型,运用Fluent仿真软件与相似理论,模拟孔道内的速度场分布情况,分析了颗粒与壁面的黏附力与黏附能、最大接触半径等碰撞特性参数以及颗粒发生反弹时的法向恢复系数、临界黏附速度等评价指标.应用原子力显微镜与搭建的试验台架,测量了模型中颗粒在碰撞反弹中受到的黏附力,确定了表面粗糙度修正系数,并对颗粒在DPF过滤壁面上的沉积形貌进行分析,对计算得到的结果进行验证.结果表明:随着孔道轴向距离的增加,孔道过滤壁面内流场速度先减小后增大;随着颗粒的入射角增大与入射速度减小,最大接触半径减小;随着颗粒与壁面之间的压缩距离增大与颗粒粒径增大,颗粒与壁面之间的黏附力和黏附能增大;随着颗粒入射速度增加以及表面能减小,颗粒碰撞后的法向恢复系数增加,法向临界黏附速度减小;孔道前端与后端沉积的颗粒较少,平均粒径小而比表面积大的颗粒更容易被捕集.