2。2 DPF 碳烟捕集模拟 21

2。2。1 碳烟捕集二维模型的建立 21

2。2。2 欧拉多相流模型捕集的模拟 23

2。2。3 碳烟捕集模拟结果分析 28

2。3 本章小结 30

第三章 DPF 碳烟再生的仿真模拟研究 31

3。1 DPF 碳烟再生模型的确定 31

3。2 DPF 过滤体二维二孔道模型的建立 31

3。3 DPF 的碳烟再生仿真模拟计算 34

3。4 DPF 再生模拟结果分析 40

3。5 本章小结 41

结论 42

致谢 43

参考文献 44

第一章 绪论

1。1 引言

柴油发动机发明到目前为止已经超过 100 年，第一台四冲程柴油发动机在 1895 年被制造出并投入使用,热效率为 24%，成为当时热效率最高的热力机械。因为柴油 机热效率高,输出扭矩大的特点,柴油机广泛运用于机车、船舶、运输车辆、军用车辆 及其他大型机械设备和固定机械动力装置等领域[1]。

虽然柴油机为人类带来了效益，但是由于柴油机的特性和人们的不正确使用柴油 机消耗大量柴油，排出的废气对人类和环境造成危害。

柴油机运行时，柴油与空气在气缸内混合，时间短暂条件很差，导致混合气局部 缺氧，碳不能完全被空气中的氧气氧化燃烧，因此在柴油运行时会有一定量的一氧化 碳被排出。燃烧室壁面的快速降温，导致靠近壁面的火焰熄灭，柴油不能完全燃烧、 柴油燃烧中间产物和柴油蒸发是生成碳氢化合物的主要原因。由于混合燃烧,气缸内 的氧气和氮气在火焰区域，高温高压的环境下发生化学反应产生氮氧化合物[2]。柴油 机废气中除了水以外其他固液物质被称作微粒。主要包括未完全燃烧的碳颗粒、液态 烃粒子、无机粒子(如硫酸盐)和润滑油所产生的微粒。柴油机工作时，经常出现排放 出白、黑、蓝三种颜色浓烟的现象，这三种浓烟都是微粒。当柴油机高负荷运行时并 且进入气缸的氧气不足时，气缸内的高温高压使柴油发生裂解、聚合的变化从而生成 碳固体微粒，排出黑烟。

柴油的燃烧形成的产物和空气的剩余物质形成柴油机工作时的废气。排气中氧 气、氢气、氮气、二氧化碳和水是无害物质，除此之外都是对人类健康与大气环境有 害的物质。有害物质主要包括：氮氧化合物、碳氢化合物、二氧化硫、微粒和一氧化 碳。其中有毒物质是一氧化碳和二氧化硫他们会使人窒息；氮氧化物和碳氢化合物经 过光照射会发生光合反应，生成化学烟雾，对庄稼、环境造成污染；微粒漂浮在大气 中，对人体造成伤害。所以柴油机排放物污染已经威胁到人类的生存与发展。

微粒漂浮在空气中，因为自身的重量过于轻，自己不能依靠自己的重量自动降落 在地面，一直漂浮在空气中，人们又称为“飘尘”。颗粒物的直径决定它自身在空气中 的迁移特性和被人类吸入体内最终进入的位置。人类吸入柴油机排放的微粒会中毒， 对自己的身体造成很大的伤害。

随着我国近几十年科技与经济的快速发展，柴油机的使用范围与使用量快速增 长，据环境保护部发布的《2015 年中国机动车污染防治年报》，图 1-1 可以看到：目 前我国的机动车的污染问题日益突出，2014 年我国的机动车保有量达到 2。46 亿辆其 中柴油机占 14。1%，如图 1-2。