本文關鍵詞：重型柴油機碳煙捕集及主動再生特性的研究

  更多相關文章： 柴油機顆粒捕集器(DPF) 碳煙捕集 主動再生 試驗研究 數值模擬

【摘要】：柴油機顆粒捕集器(DPF)是目前降低柴油機顆粒物(PM)排放最有效的后處理裝置,但PM在DPF內累積到一定量后需要進行再生,通過在柴油機氧化催化器(DOC)上游排氣管噴射柴油,利用柴油氧化釋放的熱量將DPF中PM氧化的主動再生技術,已經成為柴油機滿足未來嚴格排放法規(guī)的關鍵技術之一。本研究借助試驗和數值模擬手段,針對DPF碳煙捕集及壓降特性、排氣管柴油噴霧特性、DOC內柴油氧化特性、DPF主動再生溫度特性等開展了一系列的研究工作。通過發(fā)動機臺架試驗、數值模擬等手段研究了DPF的壓降特性,并建立了DPF碳煙捕集模型。研究表明,空載DPF的壓降隨著排氣溫度的增加呈線性增長,當排氣溫度過高時,壓降增加呈現出非線性;在深層捕集階段,DPF壓降上升較快,在表面捕集階段,DPF壓降上升較慢;在碳煙捕集過程中,DPF碳煙分布呈現兩端多中間少,中心多邊緣少的規(guī)律,隨著碳載量的增加,碳煙分布不均勻性降低。通過發(fā)動機臺架試驗,分析了DOC內柴油氧化特性。試驗結果表明,通過管路噴油的方式,可以有效地提高DOC出口處排氣溫度;空速、柴油噴射策略、DOC入口溫度等參數,對DOC內的柴油氧化特性以及溫度特性影響明顯;DPF主動再生對DOC的氧化性能要求較高。利用高速攝影和相位多普勒粒子分析(PDPA)的試驗手段,分析了排氣管柴油噴霧特性,并建立了相應的噴霧模型。研究表明,柴油噴霧貫穿距和噴霧錐角隨著噴射速率的增加而增大;增加噴射速率會影響噴霧邊緣形態(tài);噴射速率對噴嘴出口處粒徑分布有較大影響;沿噴霧軸線方向液滴的索特平均直徑(SMD)隨大粒徑液滴數的變化而變化。利用數值模擬手段,解析了柴油噴霧氧化過程、DPF內碳煙氧化過程以及溫度特性。模擬結果顯示,柴油噴霧特性決定排氣管路和DOC入口處的碳氫(HC)分布;DOC出口處溫度分布與DOC入口處HC分布具有密切的對應關系;碰壁及重力作用使HC向管路底部集中;管路底部柴油過濃使DOC出口截面底部對應區(qū)域溫度較低;DPF主動再生時,高溫區(qū)域分布在DPF底部和后端;空速和氧氣濃度需控制在合適的范圍內,空速過高或者氧氣濃度過低會導致DPF再生不完全,空速過低或氧氣濃度過高則會導致DPF溫度過高。
【關鍵詞】：柴油機顆粒捕集器(DPF) 碳煙捕集 主動再生 試驗研究 數值模擬
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK421.5
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-11
• 第1章 引言11-25
• 1.1 柴油機排放污染物及其危害11
• 1.2 柴油機排放法規(guī)不斷加嚴11-13
• 1.3 柴油機后處理技術概述13-15
• 1.3.1 柴油機機內凈化技術局限性13
• 1.3.2 柴油機后處理技術路線13-15
• 1.4 DPF技術綜述15-17
• 1.4.1 DPF過濾特性15-16
• 1.4.2 DPF再生特性16-17
• 1.5 碳煙捕集及主動再生研究現狀17-23
• 1.5.1 試驗研究18-20
• 1.5.2 數值模擬研究20-23
• 1.6 本文主要研究內容及論文結構23-25
• 第2章 碳煙捕集特性的試驗和模擬研究25-38
• 2.1 碳煙捕集過程建模25-29
• 2.1.1 孔道內部流動模型25-27
• 2.1.2 碳煙分布模型27
• 2.1.3 DPF壓降模型27-29
• 2.2 DPF碳煙捕集特性模擬研究29-32
• 2.3 DPF壓降特性研究32-36
• 2.3.1 DPF壓降特性試驗研究33-35
• 2.3.2 DPF壓降特性數值模擬研究35-36
• 2.4 本章小結36-38
• 第3章 DPF主動再生系統(tǒng)的試驗研究38-54
• 3.1 試驗裝置及方法38-42
• 3.1.1 發(fā)動機臺架試驗設備38-40
• 3.1.2 柴油噴射系統(tǒng)標定40-42
• 3.2 DOC出口溫升特性42-47
• 3.2.1 柴油噴射策略的影響42-44
• 3.2.2 DOC空速的影響44-46
• 3.2.3 DOC入口溫度的影響46-47
• 3.3 DOC內溫度分布特性研究47-52
• 3.3.1 柴油噴射速率的影響48-49
• 3.3.2 DOC空速的影響49-50
• 3.3.3 DOC入口溫度的影響50-52
• 3.4 本章小結52-54
• 第4章 DPF主動再生系統(tǒng)的模擬研究54-77
• 4.1 主動再生柴油噴霧氧化建模54-64
• 4.1.1 噴霧可視化試驗及結果54-61
• 4.1.2 噴霧模型的建立及驗證61-63
• 4.1.3 柴油氧化模型的建立63-64
• 4.2 柴油噴霧氧化的數值模擬研究64-68
• 4.2.1 HC分布特性及溫度分布特性65-67
• 4.2.2 排氣管長度對柴油噴霧氧化的影響67-68
• 4.3 碳煙氧化特性的數值模擬研究68-75
• 4.3.1 碳煙氧化模型69-70
• 4.3.2 空速對碳煙氧化特性的影響70-73
• 4.3.3 O_2濃度對碳煙氧化特性的影響73-75
• 4.4 本章小結75-77
• 第5章 總結與展望77-80
• 5.1 研究結論77-78
• 5.2 展望78-80
• 參考文獻80-84
• 致謝84-86
• 附錄A86-92
• 1 排氣管路流動模型86-88
• 2 柴油噴霧模型88-92
• 2.1 基本控制方程88
• 2.2 Dukowicz蒸發(fā)模型88-89
• 2.3 KH-RT破碎模型89-90
• 2.4 Enable湍流擴散模型90-91
• 2.5 Kuhnke/Wruck碰壁模型91-92
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文及研究成果92

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