二氧化碳工程机械论文提纲

论文题目：金属材料柴油机颗粒捕集器工作特性试验及仿真研究

摘要：柴油机相比汽油机油耗低三分之一,二氧化碳排放量低近二分之一,因其扭矩大、油耗低的优点被广泛的应用在商用车、乘用车、工程机械、船舶及其它各种非道路机械领域,为社会的经济发展输出了澎湃动力。但是柴油机颗粒物（PM）的排放量比汽油机高很多,占到汽车颗粒物排放总量的九成之多,降低尾气中的颗粒物排放是柴油机进一步广泛应用的前提。柴油机颗粒捕集器（DPF）是降低微粒排放最成功的后处理技术,现在陶瓷基DPF已经大规模商业应用,但其并不完美,在抗热冲击性和结构强度上有所欠缺,而金属材料DPF可以补足这个缺陷。本文基于金属材料DPF及与之组合使用的DOC实物进行了一系列的试验,探究了它的捕集特性,并根据试验得到的物性参数对它进行了计算流体力学（CFD）仿真分析,改善结构优化其流场分布。根据研究内容的需要,本研究搭建了相关柴油机试验台架。在发动机台架稳定运行的工况区间结合现行国六标准的WHSC测试循环标准选定了相关试验工况点。在选定工况下进行了柴油机氧化催化器（DOC）性能试验、DOC+金属材料DPF过滤效率试验、金属材料DPF压降试验、变喷油参数和边界参数影响试验。探究了了DOC和DPF的各种性能及加装后对发动机燃烧的影响。在压降试验数据的基础上获得金属材料DPF的粘性阻力系数和惯性阻力系数,然后在仿真软件FLUENT中建立了金属材料DPF的计算流体力学仿真模型。通过更改结构参数改善了DPF的流场分布。通过试验和仿真分析,主要得出如下结论:DOC对多种尾气有害物质有转化作用,对一氧化碳（CO）的转化效率最高,能达到90%以上,同时DOC对小于50nm的核态微粒有较强转化作用,使颗粒物粒径朝聚集态迁移,有利于提高金属材料DPF的捕集效率;DOC+金属材料DPF对颗粒物的总体捕集效率在90%以上,具体捕集特性表现为对小于30nm以下的核态颗粒物捕集效率较高,对110-120nm的聚集态颗粒物捕集效率最高,而对70-80nm以及280-320nm的聚集态颗粒物捕集效率相对低;少量后喷可以改善发动机颗粒物排放,以时间计的后喷角需根据转速的提高而缩短。废气再循环（EGR）率在8.3%以下颗粒物排放量与无EGR相差不大,EGR率提高到16.7%以上会使颗粒物粒径朝聚集态迁移,到达70-80nm金属DPF低效率捕集区间;排气速度的提高,过滤体前端高压力区域越来越大,中间部位存在应力。甚至会产生反弓状压力区域;过短或过长的收敛放缩段都能使DPF内部压力集中,气流分布不均匀,过短的入口锥角还会导致比较强的涡流,涡流的强度越大,气流在DPF留存时间越长,会增大气阻。加装导流板后两侧涡流区消失,证明导流板能够隔离涡流,且压力和流速在加装导流后能更快发散均匀,改善DPF颗粒物的捕集。

关键词：柴油机;颗粒捕集器;核态颗粒物;粒径分布;计算流体力学仿真;优化分析

学科专业：动力工程（专业学位）

摘要

abstract

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 柴油机颗粒捕集器的过滤机理

1.2.1 扩散机理

1.2.2 拦截机理

1.2.3 惯性碰撞机理

1.2.4 综合过滤机理

1.3 金属材料柴油机颗粒捕集器国内外研究现状

1.3.1 金属材料柴油机颗粒捕集器国内研究现状

1.3.2 金属材料柴油机颗粒捕集器国外研究现状

1.4 本文主要目的及研究内容

1.4.1 主要目的

1.4.2 研究内容

第2章 计算流体动力学(CFD)理论基础及相关软件简介

2.1 计算流体力学(CFD)简介

2.1.1 CFD概述

2.1.2 CFD求解力学问题的过程

2.1.3 CFD的控制方程

2.1.4 CFD软件的常用算法

2.2 CFD软件的构成

2.2.1 前处理器

2.2.2 求解器

2.2.3 后处理器

2.3 相关软件介绍

2.3.1 三维建模软件介绍

2.3.2 CFD软件介绍

2.4 本章小结

第3章 金属材料柴油机颗粒捕集器台架试验

3.1 实验对象介绍

3.2 试验台架介绍

3.3 DOC性能试验及分析

3.3.1 试验工况的选定

3.3.2 DOC对各排放参数的影响

3.3.3 DOC对颗粒物的影响

3.4 金属材料柴油机颗粒捕集器性能试验及分析

3.4.1 DOC+金属材料DPF过滤效率试验

3.4.2 金属材料DPF压降试验

3.4.3 DOC+金属材料DPF对发动机的影响

3.4.4 DOC+金属材料DPF对颗粒物微观尺度的影响

3.5 喷射参数及边界条件对对微粒生成和捕集的影响

3.5.1 后喷量对微粒生成和捕集的影响

3.5.2 后喷角对微粒生成和捕集的影响

3.5.3 轨压对微粒生成和捕集的影响

3.5.4 EGR率对对微粒生成和捕集的影响

3.6 本章小结

第4章 金属材料柴油机颗粒捕集器流体仿真分析

4.1 金属材料柴油机颗粒捕集器三维模型建立与网格划分

4.2 相关参数的计算

4.3 软件相关设置

4.3.1 入口边界条件设置

4.3.2 出口边界条件设置

4.3.3 多孔介质区域设置

4.4 CFD仿真结果分析

4.4.1 模型验证

4.5 不同因素对气流流动的影响

4.5.1 不同进气速度对气流流动的影响

4.5.2 不同扩张角对气流流动的影响

4.5.3 扰流板对气流运动的影响

4.6 本章小结

第5章 全文总结

5.1 工作总结

5.2 工作展望

参考文献

作者简介及科研成果

致谢

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