论文摘要
从柴油机工作原理的提出到现在的一百多年来，柴油机技术得到了全面的发展，柴油机以其良好的动力性、经济性和可靠性而广泛地应用于各种机械装置，尤其是作为车辆动力。随着人们对能源危机和环境问题的认识越来越深入，人们对汽车使用中的经济性和排放性越来越重视。微粒作为柴油机的主要排放物之一，因对人体危害之大，已引起世界各国政府的普遍关注并纷纷制定了严格的柴油机／车排放法规。如何降低柴油机的微粒排放量，是当前亟待解决的问题。柴油机排气后处理技术主要针对微粒和氮氧化物。人们已把目光主要集中在微粒的后处理技术上，寄希望于在此方面能有所突破。本文具体研究目标及内容包括：(1)介绍国内外柴油车现状及尾气排放特征，总结柴油车尾气排放控制标准。(2)介绍用来降低微粒排放的微粒捕集器。研究了柴油机微粒捕集器的净化机理、过滤体材料的要求及其结构形式和过滤体材料的发展现状。最后选用泡沫陶瓷作为过滤体材料的研究对象。(3)多孔介质材料的渗透率和惯性系数是决定多孔介质中流体流动特性的重要参数，本文通过实验的方法计算多孔陶瓷的渗透率和惯性系数。建立多孔介质耦合区域不可压缩气体流动特性的数学模型，介绍多孔陶瓷重要参数的求解方法，建立实验平台，测定实验数据，对实验结果进行处理和分析，得到合理的渗透率和惯性系数数值。(4)首先用GAMBIT建立模型。结合柴油机排气中碳烟颗粒的浓度对实验模型进行仿真计算，应用流体仿真软件选用合理的湍流两相计算模型，对其内的气固两相流动进行数值模拟，从而揭示碳烟颗粒在管内的运动轨迹，以及管内轴线上的速度压力变化情况。不同陶瓷厚度在改变陶瓷参数和入口微粒直径下，得到微粒在管内的运动轨迹模拟结果不同。通过旋涡气泵的排气过程来模拟柴油机尾气排放过程，实验研究气体经过多孔介质材料的流动性能即渗透率和惯性系数。本文还对测量结果进行了验证，得到了与实验吻合的结果。应用流体仿真软件根据所得参数建立实体模型，选用合理的湍流两相计算模型，对其内的气固两相流动进行数值模拟，得到不同微粒直径的微粒在管内的分布规律，为最终实现对捕集器的性能设计提供依据。