柴油機微粒威爾克森WILKERSON過濾器的研究
為滿足日益苛刻的排放法規,僅憑機內凈化措施來減少柴油機的微粒排放是極其困難的。另外,盡管機內凈化技術使微粒物的質量排放總量得以削減,但微粒的個數卻沒有減少,而且生成了粒徑更小的排放物。越來越多的研究表明,柴油車排放的小微粒對人體健康危害更大,而未來的法規很可能會對柴油機微粒物排放的數量進行限制。因此越來越多的國家關注機動車的小微粒排放,而微粒過濾器是未來解決小微粒排放問題的zui有效措施之一。

柴油機微粒威爾克森WILKERSON過濾器的研究
基于此點,圍繞柴油機微粒WILKERSON過濾器進行了如下研究:柴油機微粒過濾器對柴油機微粒組分特性影響的研究。運用自行設計、制作的柴油機微粒取樣器,對未安裝過濾器、安裝袋濾器、安裝陶瓷過濾器三種情況下的柴油機排氣微粒進行采集,分析柴油機工況對微粒組分特性的影響,以及微粒中可溶有機組分中烷烴和芳香烴等成分的排放特性等。研究結果表明:在相同轉速下微粒排放量隨負荷的增加而增大。隨著負荷的增加,微粒中SOF的百分含量在逐漸減少,不可溶有機成分的百分含量在逐漸增加。SOF的含量從低負荷時的15%到高負荷時的45%左右,其對微粒特性的影響不能忽略。微粒中可溶性有機物SOF中正烷烴的總含量占到了70%～80%;支鏈烷烴的總含量在2%～22%之間;多環芳香烴的總含量在1%～13%之間。柴油機在不同運行工況下,其排出SOF碳原子數分布稍有不同。另外,袋濾器過濾后微粒中SOF的百分含量比陶瓷過濾器過濾后的略低:袋濾器過濾后微粒SOF中各組分百分含量均在20%以下,各組分過濾比較均勻;陶瓷過濾器過濾后個別工況個別組分的相對含量達到近40%;袋濾器對多環芳香烴的過濾效率要高于陶瓷過濾器。綜合來看,袋濾器是一種過濾效果較好的后處理裝置。柴油機排氣微粒燃燒特性的分析研究。對采集的柴油機排氣微粒,利用熱重分析技術,研究了微粒在氧氣濃度分別為10%、20%、30%,升溫速率分別為10℃/min、20℃/min、30℃/min、40℃/min,微粒質量分別為＞5mg、3.5mg～3mg、＜1.5mg的燃燒性能。結果表明:微粒的燃燒明顯分為揮發份析出(低溫段)和固定碳(高溫段)的燃燒兩個階段。低溫段的失重占總失重的20%左右;高溫段的失重占總失重的70%左右,說明微粒燃燒過程主要是固定碳的燃燒。氧氣濃度較低的時候,燃燒需要較高的溫度;反應溫度較低的時候,需要較高的氧氣含量。綜合起來看,在氧濃度較低時,隨著氧氣濃度增大,燃燒性能呈現良好的趨勢。但同時也表現出,氧氣濃度為20%、30%時的情況比較接近,與氧氣濃度為10%時的差距比較明顯。說明提高空氣中氧氣濃度對微粒燃燒性能影響不大。另外研究還發現,當氧氣濃度在20%、30%時的反應平均活化能為60kJ/mol左右。目前采用燃油添加劑可以使微粒的活化能降低到這個數值,也就是說如果用空氣或含氧量更高的氣體來做燃燒反應氣氛的話,可以滿足過濾器被動再生時對微粒活化能的要求。根據理想流體質點的聲傳播控制方程,建立了考慮流速、熱傳導和粘性時,微粒過濾器內的聲傳播控制方程。以此為基礎,利用達西定律求解微粒過濾器相鄰單元孔壁的壓降,進而建立了微粒過濾器的傳播常數和傳遞矩陣的計算模型。以此模型計算了發動機在特定工況下的插入損失,并和試驗測量的數值進行了對比分析,驗證了理論分析的正確性。建立了微粒過濾器氣體流動的三維數值模型。以κ-ε紊流模型理論為基礎,把過濾單元作為多孔介質,模擬了袋濾器內的排氣流動特性,并用FLUENT軟件進行求解。zui后將數值計算值與試驗值進行對比,驗證了所建模型的正確性。

柴油機微粒威爾克森WILKERSON過濾器的研究
計算結果表明:在袋濾器內部,壓力是層層遞減的,而在過濾單元處突然降低,說明過濾單元是產生壓力損失的主要原因。另外,入口壁面附近也是產生壓力損失比較集中的一個位置。袋濾器結構參數會影響整個袋濾器的壓力損失。設計了適用于固定式柴油機以及公交車等對場地要求不嚴的設備,利用袋濾器技術來控制微粒排放的固定式卸灰系統,解決了再生難的問題。