大功率柴油機(jī)顆粒捕集器數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著日益嚴(yán)格的排放法規(guī)的實(shí)施，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的顆粒凈化問題越來越受到重視。顆粒捕集器(DPF: Diesel Particulate Filter)憑借其高效的捕集效率，在車用柴油機(jī)上得到了廣泛使用。DPF在工作過程中，如果流場分布不均勻，會(huì)導(dǎo)致捕集器內(nèi)的微粒分布不均勻從而降低捕集效率;同時(shí)微粒不斷的積累在捕集器孔道內(nèi)，如果不及時(shí)清理掉，會(huì)導(dǎo)致排氣背壓升高，柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性降低和輸出功率減小。所以，研究顆粒捕集器內(nèi)部的流場分布情況以

2、及再生過程尤為重要。
　　目前，車用柴油機(jī)上已經(jīng)基本普及顆粒捕集器，但是對于大功率的船用柴油機(jī)，對顆粒后處理技術(shù)的研究較少。本文依托工信部、財(cái)政部高技術(shù)船舶科研項(xiàng)目“船舶柴油機(jī)顆粒物排放控制先期研究”，以濰柴WP12大功率發(fā)動(dòng)機(jī)為樣機(jī)，開發(fā)了一套大尺寸的顆粒捕集器。通過三維建模軟件ProE對顆粒捕集器建模，并用網(wǎng)格劃分軟件ICEM對DPF三維模型網(wǎng)格劃分，生成六面體網(wǎng)格，最后利用計(jì)算流體軟件Fluent對模型進(jìn)行邊界設(shè)置和求解計(jì)算

3、。本文在計(jì)算過程中，引入均勻指數(shù)來分析流場分布情況。通過模擬分析排氣管入口速度、入口擴(kuò)張管道錐角、載體管道直徑與入口管道直徑比、載體長徑比和前置氧化催化器DOC對速度和壓力分布的影響。結(jié)果表明:入口排氣速度越大，載體區(qū)域的壓降越大，但是載體入口端面速度和壓力均勻指數(shù)幾乎不隨入口速度變化;載體管道直徑與入口管道直徑比越小，流動(dòng)均勻性越好;載體長徑比為1.1時(shí)，流動(dòng)均勻性最好;前置DOC對流動(dòng)起到彌散作用，速度均勻指數(shù)由0.855提高到0.

4、934。
　　本文還利用AVL Fire ESE Aftertreatment模塊對顆粒捕集器的壓降特性和再生特性進(jìn)行分析。結(jié)果表明:捕集器的壓降主要由入口壓降、進(jìn)氣孔道壓降、碳煙濾餅層壓降、壁面壓降、出氣孔道壓降和出口壓降組成，潔凈壁面時(shí)，DPF壓降主要由壁面壓降組成，所占比例達(dá)到64.4％，隨著碳煙的不斷累積，濾餅層壓降逐漸增大，300s時(shí)，所占比例高達(dá)82.6％，占據(jù)主導(dǎo)地位。壁厚越大，顆粒捕集器的壓降也越大;孔道目數(shù)越小，