欧洲稳态测试循环下微粒捕集器的特性分析

论文摘要

随着低碳经济概念的提出,汽车节能与减排逐渐引起世界范围内的高度关注,各大汽车厂商也纷纷采取措施减少汽车污染物排放。微粒捕集器是控制柴油机微粒排放最有效的方法之一,对其研究具有一定的工程应用价值。微粒捕集器三大基本特性包括：排气背压、捕集效率及再生特性。本文围绕这三个特性展开研究,分析微粒捕集器在道路工况下各特性的变化及其影响因素。首先,结合欧洲稳态测试循环工况(ESC),对目前广泛应用的壁流式蜂窝陶瓷微粒捕集器(DPF)建立CFD仿真模型。研究其静压力分布、速度分布、碳颗粒浓度分布规律,并对比分析ESC几种工况下的流场状况及捕集效率。模拟结果显示：高速工况下的DPF内流场速度和排气背压较大,并拥有较好的捕集效率。然后,在ESC工况下,考虑微粒捕集器的被动连续再生,分析其对排气背压和捕集效率的影响,并且结合工况的变化,对其再生效果进行分析。结果表明：各个工况下微粒捕集器均达到了良好的捕集效率和再生效果,其连续再生也能一定程度上降低排气背压、提高捕集效率；在各个工况中,低转速、高负荷能达到更好的再生效果。最后,根据不同工况的条件,分析气流速度、温度以及NO2与C的质量浓度对连续再生的影响。结果表明：低速,高温,以及较高的NO2与较低C的质量浓度更有助于再生反应的进行。并以此结果来深入分析各工况的连续再生。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究工作的背景
• 1.2 柴油机排放污染物的生成机理与净化技术
• 1.2.1 柴油机污染物的生成机理
• 1.2.2 柴油机排放污染物的净化技术
• 1.3 柴油机微粒捕集器的过滤机理与再生机理
• 1.3.1 微粒捕集器过滤机理与分析
• 1.3.2 柴油机微粒捕集器的再生机理
• 1.4 国内外相关研究进展
• 1.4.1 微粒捕集器数值理论模型的研究
• 1.4.2 微粒捕集器连续再生的研究进展
• 1.5 课题的研究意义和内容
• 1.5.1 本文的目的和意义
• 1.5.2 本文的主要研究工作
• 2 数值模型理论基础
• 2.1 计算流体动力学
• 2.1.1 流体与流动的基本特性
• 2.1.2 流体动力学控制方程
• 2.1.3 FLUENT软件简介
• 2.2 多孔介质模型
• 2.3 多相流模型
• 2.3.1 模型选取
• 2.3.2 混合模型理论
• 2.4 化学反应模型理论
• 3 ESC 工况下微粒捕集器的流场分析
• 3.1 仿真模型及其参数设定
• 3.1.1 模型参数选取
• 3.1.2 仿真模型
• 3.2 计算结果与分析
• 3.2.1 A 工况下微粒捕集器的流场特性分析
• 3.2.2 不同工况下微粒捕集器的流场特性对比
• 3.3 本章小结
• 4 ESC 工况下微粒捕集器的连续再生分析
• 4.1 微粒捕集器的化学反应与输运模型
• 4.1.1 微粒捕集器的连续再生模型
• 4.1.2 流体混合物设定
• 4.1.3 化学反应的设定
• 4.2 计算结果与分析
• 4.2.1 连续再生对排气背压的影响
• 4.2.2 不同转速和负荷条件下的再生效果
• 4.3 本章小结
• 5 微粒捕集器连续再生的影响因素
• 5.1 再生模型边界条件的设定
• 5.2 计算结果与分析
• 5.2.1 速度和温度对连续再生的影响
• 2与C的质量分数对连续再生的影响'>5.2.2 NO₂与C的质量分数对连续再生的影响
• 5.2.3 各影响因素对于再生的影响效果
• 5.3 各工况连续再生的深入分析
• 5.3.1 由不同负荷和转速所引起的再生效果分析
• 5.3.2 任意工况之间再生效果的比较
• 5.3.3 怠速工况下的再生效果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 流体分析模型计算结果
• 附录B 再生模型参数与各工况再生计算结果
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢