非均勻壁結(jié)構(gòu)顆粒捕集器深床過濾的模擬研究
發(fā)布時間：2021-10-05 12:55
為描述汽油機(jī)顆粒捕集器多孔介質(zhì)壁的微觀結(jié)構(gòu),本文引入基于概率密度函數(shù)的孔徑分布和非均勻孔隙率分布。考慮多粒徑的入射顆粒,針對汽油機(jī)非均勻壁結(jié)構(gòu)顆粒捕集器的深床過濾進(jìn)行模擬研究。結(jié)果表明,顆粒大部分被多孔介質(zhì)的頂部1/3區(qū)域捕集,該區(qū)域的孔隙率和滲透率在捕集過程中下降趨勢更明顯,多孔介質(zhì)的底部1/3區(qū)域?qū)φw過濾貢獻(xiàn)很小。隨著時間增加,多孔介質(zhì)壁對各粒徑顆粒的捕集效率升高,最具穿透性的粒徑變小。在捕集過程中,孔徑分布對多孔介質(zhì)壁的局部微觀結(jié)構(gòu)及整體捕集效率和壓降的改變有重要影響。
【文章來源】：工程熱物理學(xué)報. 2020,41(07)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
圖１孔徑分布示意圖??Ｆｉｇ．?１?Ｐｏｒｅ?ｓｉｚｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ??測量過濾壁微觀結(jié)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)，孔隙率數(shù)值從過??濾壁中心處的平均孔隙率急速增加到壁表面處較大??Ｐ，２５ｌ
１８３０??工程熱物理學(xué)報??４１卷??圖２孔隙率分布示意圖??Ｆｉｇ．?２?Ｐｏｒｏｓｉｔｙ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ａｌｏｎｇ?ｔｈｅ?ｗａｌｌ?ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??１．３孔間流速??流體作用在由球形捕集體組成的系統(tǒng)上的曳力??為［叫：??Ｆ??３ｎｆｉｄｃＵ??（６）??式中，＂為排氣動力黏度；療為球體周圍的平均流??速；⑷為Ｋｕｗａｂａｒａ流體動力學(xué)系數(shù)，表示為：??Ｋ（ｅ）?＝?１?－?１．８?（１?－?ｅ）１／３?＋?（１?－?ｅ）?－?０．２?（１?－?ｅｆ?（７）??假設(shè)壁厚為／ｉ的多孔壁的壓降ＡＰ為壁內(nèi)所有??球形捕集體周圍曳力的和，得：??ＡＰ??ＱＦ｛ｌ－ｅ）ｈ??ｊｕＲ??結(jié)合式（６）和式（８）得??Ｕ??Ｋ（ｅ）?ＡＰ??１８／ｚ?（ｌ?—?ｅ）?ｈ??ｄｌ??（８）??（９）??在過濾壁里，捕集體直徑不同，不同位置的孔??隙率也不同。對于經(jīng)過處于相同壓降ＡＰ和孔隙率??￡下的直徑為的分散球體系統(tǒng)的流速可表示為??Ｕｉ??Ｋ（ｅ）?ＡＰ??ｄ２ｃｉ??（１０）??１８／ｘ?（１?—?ｆｆ）?ｈ??已知捕集體直徑的分布概率密度函數(shù)，平均流??速可表示為??Ｕ：??ＰＤＦｄｃｉＵｉｄ（ｄｃｉ）??（１１）??孔間流速Ｋ可通過療表示為??Ｕｉ＝ｌ＾?＼?Ｖ??、’ｄｃ?，??（１２）??其中，為整個過濾器的捕集體大小，其值為??１／２??＾ｄｃ??ＰＤＦｄｃｉｄ２ｃｉｄ（ｄｃｉ）??（１３）??１．４捕集效率??捕集體內(nèi)的捕集機(jī)理有多種，ＧＰＦ主要依靠布??朗擴(kuò)散、直接攔截和慣性沉積作用來捕集。??單個捕集體基于布朗擴(kuò)散的捕集效率為ｄ??＝
１８３２??工程熱物理學(xué)報??４１卷??孔介質(zhì)沿壁厚方向分成３６層。溫度為１７５°Ｃ，不考??慮再生過程。顆粒濃度為１．５ｘｌ０８ｃｍ－３。??０．０５??０．０１??１?１０?１００?１０００??ｄｐ／ｎｍ??圖４粒徑分布??Ｆｉｇ．?４?Ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｓｉｚｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ??３．１多孔介質(zhì)壁的動態(tài)變化??下文以平均孔徑為１６卜ｉｍ，方差６０阿的孔徑??分布為例，具體分析深床過濾中多孔介質(zhì)壁各特征??參數(shù)的動態(tài)變化過程。??３．１．１孔隙率和滲透率??圖５是不同時刻壁內(nèi)局部孔隙率分布情況。從??圖中看出，隨著時間的增加，壁內(nèi)各層的孔隙率均??減校在深床過濾第二階段，捕集效率的提高帶來??了孔隙率的迅速減校１８層以上的位置孔隙率隨時??間變化明顯，該層以下的位置孔隙率后期的變化幅??度減弱，這說明顆粒主要沉積在上半部分。壁面的??第６層具有相對高的顆粒捕集能力，因而孔隙率下??降速度最快，也是最小孔隙率出現(xiàn)的位置，孔隙率??從初始的０．４９減小至０．１５。圖６所示滲透率分布與??過濾壁的孔隙度分布類似。第６層的局部滲透率在??深床過濾結(jié)束時最小，為８．８ｘｌ（Ｔ１５?ｍ２，約為潔凈??捕集器初始滲透率的２．１％．??０．７０??０．６０??０．５０??０．３０??０．２０??０．１０??６?１２?１８?２４?３０?３６??層數(shù)??圖５不同時刻壁內(nèi)孔隙率分布??Ｆｉｇ．?５?Ｐｏｒｏｓｉｔｙ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｉｍｅｓ??？數(shù)量分布??＊質(zhì)量分布??設(shè)第一階段中第ｊ層率先飽和，則第二階段為第ｊ??層以上部分逐漸飽和的過程。
本文編號：3419784
【文章來源】：工程熱物理學(xué)報. 2020,41(07)北大核心EICSCD
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【部分圖文】：
圖１孔徑分布示意圖??Ｆｉｇ．?１?Ｐｏｒｅ?ｓｉｚｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ??測量過濾壁微觀結(jié)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)，孔隙率數(shù)值從過??濾壁中心處的平均孔隙率急速增加到壁表面處較大??Ｐ，２５ｌ
１８３０??工程熱物理學(xué)報??４１卷??圖２孔隙率分布示意圖??Ｆｉｇ．?２?Ｐｏｒｏｓｉｔｙ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ａｌｏｎｇ?ｔｈｅ?ｗａｌｌ?ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??１．３孔間流速??流體作用在由球形捕集體組成的系統(tǒng)上的曳力??為［叫：??Ｆ??３ｎｆｉｄｃＵ??（６）??式中，＂為排氣動力黏度；療為球體周圍的平均流??速；⑷為Ｋｕｗａｂａｒａ流體動力學(xué)系數(shù)，表示為：??Ｋ（ｅ）?＝?１?－?１．８?（１?－?ｅ）１／３?＋?（１?－?ｅ）?－?０．２?（１?－?ｅｆ?（７）??假設(shè)壁厚為／ｉ的多孔壁的壓降ＡＰ為壁內(nèi)所有??球形捕集體周圍曳力的和，得：??ＡＰ??ＱＦ｛ｌ－ｅ）ｈ??ｊｕＲ??結(jié)合式（６）和式（８）得??Ｕ??Ｋ（ｅ）?ＡＰ??１８／ｚ?（ｌ?—?ｅ）?ｈ??ｄｌ??（８）??（９）??在過濾壁里，捕集體直徑不同，不同位置的孔??隙率也不同。對于經(jīng)過處于相同壓降ＡＰ和孔隙率??￡下的直徑為的分散球體系統(tǒng)的流速可表示為??Ｕｉ??Ｋ（ｅ）?ＡＰ??ｄ２ｃｉ??（１０）??１８／ｘ?（１?—?ｆｆ）?ｈ??已知捕集體直徑的分布概率密度函數(shù)，平均流??速可表示為??Ｕ：??ＰＤＦｄｃｉＵｉｄ（ｄｃｉ）??（１１）??孔間流速Ｋ可通過療表示為??Ｕｉ＝ｌ＾?＼?Ｖ??、’ｄｃ?，??（１２）??其中，為整個過濾器的捕集體大小，其值為??１／２??＾ｄｃ??ＰＤＦｄｃｉｄ２ｃｉｄ（ｄｃｉ）??（１３）??１．４捕集效率??捕集體內(nèi)的捕集機(jī)理有多種，ＧＰＦ主要依靠布??朗擴(kuò)散、直接攔截和慣性沉積作用來捕集。??單個捕集體基于布朗擴(kuò)散的捕集效率為ｄ??＝
１８３２??工程熱物理學(xué)報??４１卷??孔介質(zhì)沿壁厚方向分成３６層。溫度為１７５°Ｃ，不考??慮再生過程。顆粒濃度為１．５ｘｌ０８ｃｍ－３。??０．０５??０．０１??１?１０?１００?１０００??ｄｐ／ｎｍ??圖４粒徑分布??Ｆｉｇ．?４?Ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｓｉｚｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ??３．１多孔介質(zhì)壁的動態(tài)變化??下文以平均孔徑為１６卜ｉｍ，方差６０阿的孔徑??分布為例，具體分析深床過濾中多孔介質(zhì)壁各特征??參數(shù)的動態(tài)變化過程。??３．１．１孔隙率和滲透率??圖５是不同時刻壁內(nèi)局部孔隙率分布情況。從??圖中看出，隨著時間的增加，壁內(nèi)各層的孔隙率均??減校在深床過濾第二階段，捕集效率的提高帶來??了孔隙率的迅速減校１８層以上的位置孔隙率隨時??間變化明顯，該層以下的位置孔隙率后期的變化幅??度減弱，這說明顆粒主要沉積在上半部分。壁面的??第６層具有相對高的顆粒捕集能力，因而孔隙率下??降速度最快，也是最小孔隙率出現(xiàn)的位置，孔隙率??從初始的０．４９減小至０．１５。圖６所示滲透率分布與??過濾壁的孔隙度分布類似。第６層的局部滲透率在??深床過濾結(jié)束時最小，為８．８ｘｌ（Ｔ１５?ｍ２，約為潔凈??捕集器初始滲透率的２．１％．??０．７０??０．６０??０．５０??０．３０??０．２０??０．１０??６?１２?１８?２４?３０?３６??層數(shù)??圖５不同時刻壁內(nèi)孔隙率分布??Ｆｉｇ．?５?Ｐｏｒｏｓｉｔｙ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｉｍｅｓ??？數(shù)量分布??＊質(zhì)量分布??設(shè)第一階段中第ｊ層率先飽和，則第二階段為第ｊ??層以上部分逐漸飽和的過程。
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