柴油机径向式颗粒捕集器气固两相流动分析

作     者：付秀阁 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨建国

授予年度：2014年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：颗粒捕集器 气固两相流 流动均匀性 体积分数均匀性 分流器 

摘      要：经济的快速的发展带动了世界对动力资源的需求。柴油机已凭其巨大的优势逐渐成为社会的主要动力。目前，柴油机不但在重型机械中发挥着至关重要的作用，更是逐渐被应用于轿车中。柴油机为经济进步做出贡献的同时，其尾气颗粒对环境造成了极大的危害，并对人类健康构成威胁。为了解决柴油机颗粒物排放量大的问题，颗粒捕集器(DPF)必将成为柴油机排气系统中的必备装置。 本文研究一种径向式可进行连续捕集的颗粒捕集装置，该颗粒捕集器还存在内部流体流动均匀性差及捕集效果不高的问题亟待解决。本文对此展开研究。本文的主要研究内容及研究结果如下： （1）根据气固两相流理论、湍流模型和多孔介质理论对径向式颗粒捕集器的过滤体内外分别建立气固两相流数学模型，并使用商业CFD软件FLUENT对颗粒捕集器内的流场进行模拟，从而得到径向式颗粒捕集器内流场分布特性。 （2）基于气固两相流理论及颗粒捕集器内流场的模拟结果，研究径向式颗粒捕集器结构参数（直径比、过滤体长度、扩张角、孔隙率）和柴油机排气参数（排气入口流速）对颗粒捕集器内压力、压力损失、流速分布均匀性和颗粒体积分数分布均匀性的影响规律。 （3）引入盘型分流器，来改善径向式颗粒捕集器内过滤体的使用效率。对安装了分流器的径向式颗粒捕集器进行气固两相流模拟分析，研究颗粒捕集器内流场分布，并与不加分流器前的颗粒捕集器内流场进行对比，结果表明颗粒捕集器内部的流动均匀性增强，过滤体的使用效率提高，径向式颗粒捕集器的捕集效果也有所提高，并且微粒捕集器的压力损失不会增大;对盘型分流器进行优化，结果表明盘型分流器最佳安装位置为过滤体长度9%处，最佳孔洞面积率（孔洞面积与分流器面积之比）为46%。 （4）根据径向式颗粒捕集器结构的特殊性，构造一种新型的隔板分流器，并对隔板分流器对颗粒捕集器内流体流动特性的影响进行研究，对比加入隔板分流器前后颗粒捕集器的捕集效果，结果表明：隔板分流器在改善颗粒捕集器内部流动的均匀性和提高捕集效果方面优于盘型分流器。