發(fā)布時間：2017-09-13 09:40

  本文關鍵詞：催化型DPF碳煙捕集及連續(xù)再生機理研究

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【摘要】：催化型DPF(Catalyzed Diesel Particulate Filter:CDPF)主動再生結合連續(xù)被動再生技術是面向歐Ⅵ的DPF子系統(tǒng)關鍵技術之一。準確的碳煙加載量預測是啟動安全可靠主動再生的重要環(huán)節(jié),由于催化型DPF連續(xù)被動再生在低排溫(約260℃)就開始氧化捕集的碳煙,影響基于單純物理過程的碳煙加載量預測方法的精度。為解決以上問題,本文以載體容積為5.8L、催化劑涂覆量為30g/L的催化型DPF為研究對象,運用GT-POWER軟件建立CDPF模型,結合試驗與仿真結果研究碳煙捕集和連續(xù)再生機理,探索連續(xù)被動再生對碳煙捕集過程的影響規(guī)律,建立連續(xù)被動再生發(fā)生時的碳煙加載量預測模型。本文研究的主要結論如下:1、CDPF純物理的碳煙捕集過程主要分為深床捕集和餅層捕集兩個階段。在深床捕集階段碳煙沉積在載體壁面微孔內(nèi)部,仿真結果表明,雖然深床捕集到的碳煙只占總碳煙量的3%,但最大壓降可占總壓降的78%;在餅層捕集階段碳煙沉積在載體壁面表層,占總碳煙量的97%,試驗和仿真結果都表明餅層捕集階段壓降呈線性增長。碳煙在壁面內(nèi)部分布不均勻,造成沿排氣滲流方向不同位置的壁面滲透率減小,深床捕集階段的壓降快速上升。因此忽略深床捕集到的碳煙,只關注其對壓降的貢獻,將餅層捕集到的碳煙量近似為總碳煙量,得到碳煙捕集過程壓降隨碳煙量的線性變化關系。分析排氣流量、入口溫度、微粒粒徑對捕集特性的影響,為預測不同工況下CDPF壓降隨碳煙量的線性變化規(guī)律提供依據(jù)。2、CDPF再生試驗研究表明,CDPF在入口NO2濃度為6ppm的情況下依然能達到97.6%的再生效率,仿真明確“催化涂層將NO轉化為NO2、發(fā)生NO2反向擴散”是再生持續(xù)高效進行的根源。隨著CDPF入口的溫度、O2濃度、NO2濃度的升高,排氣流量的降低,連續(xù)再生效率越高;NO2與PM的質量比大于2時CDPF內(nèi)的碳煙再生速率大于碳煙沉積速率,質量比越大,CDPF內(nèi)剩余碳煙量越少。3、當連續(xù)再生發(fā)生時,對比CDPF入口溫度與連續(xù)再生平衡點溫度,獲得碳煙沉積速率與再生速率的關系,建立碳煙量和壓降的變化模型。連續(xù)再生平衡點溫度仿真結果表明:在發(fā)動機轉速1100r/min、轉矩259N.m(50%負荷)的工況下,單獨CDPF連續(xù)再生平衡點溫度為325℃。對比純物理的碳煙捕集過程,當CDPF入口溫度低于連續(xù)再生平衡點溫度50℃時,壓降平均相差4%,總碳煙量平均相差4.8%,此時連續(xù)再生的影響可忽略;當CDPF入口溫度低于連續(xù)再生平衡點溫度5℃,連續(xù)再生不可忽略,壁面內(nèi)部碳煙先于餅層碳煙被再生消耗掉而恢復潔凈狀態(tài),導致壓降明顯降低。此時壁表面已沉積的碳煙(0.69g/L)將阻止后續(xù)碳煙進入壁面內(nèi)部,只能被餅層捕集,而此時受連續(xù)再生的影響,餅層捕集階段壓降和總碳煙量都呈非線性上升趨勢。4、綜上所述,壓降法預測碳煙加載量只適用于純物理的碳煙捕集過程,連續(xù)再生可造成CDPF部分再生,壓降法對部分再生后的CDPF純物理碳煙捕集過程的碳煙量預測值比實際值小2.1g/L。因此建立連續(xù)再生發(fā)生時的碳煙加載量預測模型。基于模型的碳煙加載量預測結果表明:在發(fā)動機轉速1100r/min、轉矩259N.m工況,CDPF入口溫度為275℃時,碳煙加載量預測值為4g/L,誤差為4.7%;CDPF入口溫度為380℃,初始碳煙加載水平為3g/L時,碳煙加載量預測值為1.8g/L,誤差為3.7%。準確的碳煙加載量預測模型為基于模型的主動再生控制策略研究奠定了基礎。
【關鍵詞】：催化型DPF 碳煙捕集 連續(xù)再生 碳煙加載量預測 部分再生
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK421.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 研究背景11-14
• 1.2 研究課題的提出14-15
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-19
• 1.3.1 碳煙捕集機理研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.2 連續(xù)再生機理研究現(xiàn)狀17-19
• 1.4 主要研究內(nèi)容19-21
• 第2章 碳煙捕集及連續(xù)再生試驗研究21-35
• 2.1 試驗臺架建立及原排試驗21-24
• 2.2 碳煙加載試驗24-27
• 2.3 壓降特性試驗27-29
• 2.3.1 潔凈狀態(tài)壓降特性試驗27-28
• 2.3.2 不同碳煙加載量壓降特性試驗28-29
• 2.4 連續(xù)再生試驗29-33
• 2.5 本章小結33-35
• 第3章 仿真模型的建立及驗證35-63
• 3.1 碳煙捕集數(shù)學模型35-44
• 3.1.1 深床捕集模型35-41
• 3.1.2 餅層捕集模型41-44
• 3.2 一維流場數(shù)學模型44-49
• 3.2.1 質量守恒45
• 3.2.2 動量守恒45-46
• 3.2.3 能量守恒46-48
• 3.2.4 壓降模型48-49
• 3.3 再生反應模型49-52
• 3.4 模型參數(shù)的標定及驗證52-61
• 3.4.1 碳煙捕集模型驗證53-58
• 3.4.2 再生模型驗證58-61
• 3.5 本章小結61-63
• 第4章 碳煙捕集及連續(xù)再生機理仿真研究63-89
• 4.1 碳煙捕集機理仿真研究63-74
• 4.1.1 碳煙捕集特性63-66
• 4.1.2 碳煙捕集特性影響因素分析66-74
• 4.2 連續(xù)再生機理仿真研究74-84
• 4.2.1 NO2反向擴散74-77
• 4.2.2 連續(xù)再生影響因素分析77-84
• 4.3 連續(xù)再生對碳煙捕集的影響研究84-87
• 4.3.1 連續(xù)再生平衡點溫度84-86
• 4.3.2 連續(xù)再生對碳煙捕集影響程度分析86-87
• 4.4 本章小結87-89
• 第5章 碳煙加載量預測方法研究89-93
• 5.1 壓降法89-90
• 5.2 模型法90-92
• 5.3 本章小結92-93
• 第6章 全文總結與展望93-99
• 6.1 總結93-96
• 6.2 展望96-99
• 參考文獻99-105
• 作者簡介105-106
• 致謝106

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