載體配比及灰分對(duì)DPF壓降及內(nèi)部流場(chǎng)的影響

陳貴升，賀 如，李 青，彭益源，張思澤，李耀平

(1. 昆明理工大學(xué) 云南省內(nèi)燃機(jī)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650500；2. 昆明云內(nèi)動(dòng)力股份有限公司， 云南 昆明 650501；3. 云南云內(nèi)動(dòng)力機(jī)械制造有限公司，云南 昆明 651700)

柴油機(jī)因其熱效率高、經(jīng)濟(jì)性好和功率輸出范圍大等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，但也帶來(lái)了較為嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題[1]．其尾氣中的NOx和顆粒物(PM)嚴(yán)重危害人類(lèi)生存環(huán)境和健康，國(guó)Ⅵ階段排放法規(guī)的頒布對(duì)柴油機(jī)排放提出了更高的要求，降低柴油機(jī)的顆粒排放是柴油機(jī)研究的重要課題之一[2]．柴油機(jī)顆粒捕集器(DPF)被公認(rèn)是目前最有效的顆粒凈化后處理技術(shù)[3]，捕集效率可達(dá)90%以上[4]．隨著DPF工作過(guò)程中捕集的碳煙不斷積累，會(huì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)排氣背壓，影響發(fā)動(dòng)機(jī)及DPF性能，需要通過(guò)連續(xù)性被動(dòng)或主動(dòng)再生方式清除碳煙，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)及DPF正常工作．目前催化型顆粒捕集器(CDPF)能降低碳煙反應(yīng)活化能，在工程應(yīng)用中最為普遍．但碳煙在DPF內(nèi)部沉積具有不均勻性，探究DPF內(nèi)部流場(chǎng)及碳煙沉積遷移規(guī)律，針對(duì)其規(guī)律以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)催化劑涂覆方案，以期提高其被動(dòng)再生效率是當(dāng)下的研究熱點(diǎn)．DPF壓降特性實(shí)質(zhì)為顆粒沉積過(guò)程，而DPF流場(chǎng)壓降及顆粒沉積特性則直接決定了DPF的捕集效率[5]．定義載體配比為DPF體積與發(fā)動(dòng)機(jī)排量之比，增加載體配比是提高捕集效率的途徑之一，綜合考慮載體性能與制造成本，優(yōu)化載體配比具有研究的必要性．

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于DPF的研究大多集中在載體材料、孔密度、壁面孔隙率及孔道形狀等對(duì)DPF壓降和捕集效率的影響[6-8]．Wang等[9]研究了灰分分布對(duì)DPF碳煙捕集過(guò)程壓降特性、捕集效率和再生頻率的影響．孟忠偉等[10]分析了載體材料對(duì)DPF壓降的影響，表明壓降大小與載體材料、孔隙率和中值孔徑有關(guān)．朱亞永等[11]研究了排氣流量、進(jìn)口溫度等對(duì)顆粒沉積特性的影響，結(jié)果表明沿軸向方向顆粒沉積量呈先減小后增大的趨勢(shì)．李志軍等[12]研究結(jié)果表明，沿DPF軸向進(jìn)氣孔道內(nèi)氣流速度逐漸降低，排氣孔道內(nèi)速度逐漸增大．

綜合國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，針對(duì)DPF配比及灰分分布特性對(duì)DPF內(nèi)部流場(chǎng)及顆粒遷移特性影響的研究較少．筆者通過(guò)數(shù)值模擬的方法研究了載體配比及灰分分布系數(shù)對(duì)DPF壓降特性的影響，并對(duì)該數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證；此外，對(duì)載體配比也進(jìn)行了優(yōu)化，研究了載體配比及灰分分布系數(shù)對(duì)DPF孔道內(nèi)部流動(dòng)及顆粒沉積遷移的影響規(guī)律．為DPF的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及載體催化劑分區(qū)優(yōu)化涂覆提供了科學(xué)理論依據(jù)，以期提高DPF開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)效率．

1 試驗(yàn)臺(tái)架及模型介紹

1.1 試驗(yàn)裝置和方法

通過(guò)搭建D30 TCI柴油機(jī)加裝氧化催化器(DOC)和DPF的試驗(yàn)臺(tái)架見(jiàn)圖1，進(jìn)行了3種不同DPF的壓降特性試驗(yàn)，表1為柴油機(jī)相關(guān)技術(shù)參數(shù)．

表1 柴油機(jī)主要參數(shù) Tab.1 Main parameters of diesel engine

圖1 柴油機(jī)加裝DOC和DPF試驗(yàn)臺(tái)架 Fig.1 Diesel engine with DOC＋DPF test bench

試驗(yàn)測(cè)試設(shè)備主要包括水渦測(cè)功機(jī)、流量計(jì)、煙度計(jì)、溫度及壓力傳感和高精度電子稱(chēng)重儀等相關(guān)設(shè)備，具體規(guī)格如表2所示，溫度傳感器分別分布在DOC前、DPF前以及DPF后端，壓力傳感器分別測(cè)試DPF的兩端壓力，溫度壓力數(shù)據(jù)的采集通過(guò)GPS實(shí)現(xiàn)同步記錄．

表2 試驗(yàn)測(cè)試設(shè)備 Tab.2 Test equipment

為研究碳載量對(duì)DPF壓降的影響．首先在精密電子秤上稱(chēng)量載體的初始重量，為防止載體吸收水蒸汽引起誤差，將DPF在熱態(tài)條件下稱(chēng)重(熱重)，碳煙加載試驗(yàn)在轉(zhuǎn)速為1400r/min、轉(zhuǎn)矩為105N·m工況下進(jìn)行，將DPF入口溫度控制在250℃以下，以防止碳煙進(jìn)行被動(dòng)再生，影響積碳效率．積碳試驗(yàn)結(jié)束后，將載體質(zhì)量與初始載體質(zhì)量作差得到碳煙質(zhì)量，碳煙質(zhì)量與載體體積之比為碳載量，分別將各載體碳煙累積到2、4和6g/L后，進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)．

1.2 一維模型構(gòu)建及驗(yàn)證

研究所用DPF均采用壁流式碳化硅載體，該材料具有耐高溫、熱膨脹系數(shù)小及抗疲勞等優(yōu)點(diǎn)，其相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表3所示．為方便模型計(jì)算與收斂，對(duì)數(shù)值模型中載體的相關(guān)參數(shù)做理論假設(shè)為：忽略膠黏區(qū)域，載體視為絕熱材料[13]；將排氣視為理想氣 體[14]，所有排氣顆粒物粒徑相同且分布均勻[15]．

表3 各方案載體技術(shù)參數(shù) Tab.3 Technical parameters of each scheme

排氣從DPF進(jìn)口孔道流入，經(jīng)過(guò)多孔介質(zhì)壁面從相鄰的出口孔道流出，DPF壁面的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)通過(guò)重力沉積、慣性碰撞和擴(kuò)散攔截等方式將顆粒物捕集[16]．排氣在DPF孔道內(nèi)滿(mǎn)足質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒，如式(1)～(3)所示．

式中：c、ρ、p和F分別表示進(jìn)口截面的的流體流速、密度、壓力和管截面積；?為摩擦系數(shù)；q為單位質(zhì)量流體的傳熱率；D為當(dāng)量直徑，D＝

模型可靠性驗(yàn)證時(shí)DPF碳載量設(shè)置為2g/L，邊界條件設(shè)置為1000～2400r/min、75%負(fù)荷下的DPF入口狀態(tài)．圖2為不同入口條件下模型驗(yàn)證，所有工 況點(diǎn)的模擬值與試驗(yàn)值趨勢(shì)一致，且誤差較小，滿(mǎn)足預(yù)測(cè)要求，可以進(jìn)行模擬研究．

圖2 不同入口條件下模型驗(yàn)證 Fig.2 Model validation under different entry conditions

1.3 捕集效率數(shù)學(xué)模型的建立

在深床捕集階段，壁面的孔隙率隨著每一層的碳煙沉積不斷發(fā)生變化[17]．碳煙層和灰分層的動(dòng)態(tài)變化將直接影響DPF的捕集效率，為此建立了碳煙層和灰分層的捕集效率模型[18]．

Esoot為碳煙層捕集效率模型，公式為

Eash為灰分層捕集效率模型，公式為

式中：DRη為捕集單元捕集效率；sootε 為碳煙層孔隙率；ashε 為灰分層孔隙率；sootw 為碳煙層厚度；ashw 為灰分層厚度；cd為捕集對(duì)象的直徑．

1.4 DPF 1/4微觀(guān)孔道模型構(gòu)建及驗(yàn)證

因DPF結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過(guò)試驗(yàn)手段不易觀(guān)察了解其內(nèi)部流場(chǎng)及顆粒沉積特性，而通過(guò)構(gòu)建顆粒捕集器1/4微觀(guān)孔道模型可以研究其內(nèi)部工作狀態(tài)．基于表3中DPF載體構(gòu)建1/4進(jìn)/出口孔道的三維模型如圖3所示，載體有灰分沉積時(shí)只需改變模型幾何尺寸即可得到．

圖3 DPF 1/4孔道模型及網(wǎng)格模型 Fig.3 DPF 1/4 channel model and grid model

模型將顆粒視為稀疏的離散相，忽略粒子間的相互作用及粒子體積分?jǐn)?shù)對(duì)流體相的影響，離散相粒子軌跡通過(guò)求解拉式坐標(biāo)下顆粒作用力的微分方程得 到，其中粒子作用力平衡方程(x方向)公式為

式中：u為連續(xù)相速度；up為顆粒速度；FD( u ? up)為顆粒單位質(zhì)量曳力；gx為x方向重力加速度；ρp為顆粒密度；ρ1為流體密度；Fx為x方向的其他作用力；Re為顆粒相對(duì)雷諾數(shù)；CD為曳力系數(shù)；μ為流體動(dòng)力黏度；dp為顆粒直徑；對(duì)于球形顆粒，在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，a1、a2和a3均為1013．

通過(guò)調(diào)整相關(guān)參數(shù)對(duì)模型進(jìn)行可靠性驗(yàn)證，根據(jù)后處理裝置排氣直管的直徑為73mm，通過(guò)計(jì)算得出顆粒入場(chǎng)速度為38m/s，均勻進(jìn)入進(jìn)氣孔道，相關(guān)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表4．定義排氣流在孔道和壁面的流動(dòng)為層流流動(dòng)，在模擬計(jì)算過(guò)程中忽略掉傳熱和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程．圖4為進(jìn)/排氣孔道中心線(xiàn)壓力及速度模擬值與文獻(xiàn)值對(duì)比．模擬值與文獻(xiàn)[19]值的誤差較小，物理趨勢(shì)基本一致，可以較好地預(yù)測(cè)氣流在孔道內(nèi)的實(shí)際流動(dòng)狀態(tài)．模型中涉及碳煙和灰分相關(guān)參數(shù)的設(shè)置參見(jiàn)文獻(xiàn)[20—21]．

表4 流動(dòng)模型相關(guān)設(shè)置參數(shù) Tab.4 Parameters of flow model

圖4 進(jìn)/排氣孔道中心線(xiàn)壓力及速度模擬值與文獻(xiàn)值對(duì)比 Fig.4 Comparison between simulated values of inlet and outlet orifice pressure and velocity and those in literature

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

圖5為轉(zhuǎn)速及碳載量對(duì)不同載體壓降的影響．隨著轉(zhuǎn)速的升高，3種載體的壓降均升高，0.310個(gè)/mm2載體壓降高于0.465個(gè)/mm2載體且增幅更為明顯，增加碳載量，兩載體的壓降差值增大，即碳載量對(duì)低孔密度載體壓降的影響更明顯；碳載量低于4g/L時(shí)，非對(duì)稱(chēng)孔結(jié)構(gòu)載體的壓降略高于對(duì)稱(chēng)孔載體；增加碳載量，DPF壓降增大，但非對(duì)稱(chēng)孔結(jié)構(gòu)載體壓降低于對(duì)稱(chēng)孔結(jié)構(gòu)載體．在2400r/min、100%負(fù)荷時(shí)，非對(duì)稱(chēng)孔結(jié)構(gòu)載體與對(duì)稱(chēng)孔結(jié)構(gòu)載體的壓降交點(diǎn)對(duì) 應(yīng)的碳載量為4.69g/L，說(shuō)明非對(duì)稱(chēng)孔結(jié)構(gòu)載體在高碳載量時(shí)壓降特性更優(yōu)．

圖5 碳載量和轉(zhuǎn)速對(duì)載體壓降的影響 Fig.5 Effects of soot load and speed on pressure drop of carrier

3 載體配比對(duì)DPF壓降及捕集效率的影響

3.1 灰分分布系數(shù)對(duì)DPF性能的影響

灰分在DPF內(nèi)部分布主要包括兩種形態(tài)，即附著在過(guò)濾壁面的層狀分布和堆積在進(jìn)口孔道末端形成的灰分堵頭[22]．基于灰分在DPF內(nèi)部的此類(lèi)分布現(xiàn)象，定義灰分分布系數(shù)θ(θ＝mash_layer/mash_all)為載體內(nèi)層狀灰分占總灰分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，研究灰分分布系數(shù)對(duì)DPF壓降特性和捕集效率的影響．模型計(jì)算的邊界條件見(jiàn)表5．

采用表3中方案1載體，設(shè)置載體中的單位灰分量為22g/L，進(jìn)行不同灰分分布系數(shù)對(duì)DPF壓降及捕集效率影響的研究．圖6a為灰分分布系數(shù)對(duì)壓降的影響，隨著灰分分布系數(shù)增加，不同碳載量下DPF壓降均上升；灰分分布系數(shù)小于0.6時(shí)，壓降隨灰分分布系數(shù)的增加基本呈線(xiàn)性增加，隨著灰分分布系數(shù)的繼續(xù)增大，DPF壓降上升趨勢(shì)呈二次方形式，碳載量的增加會(huì)增大此效應(yīng)．DPF壓降隨灰分分布系數(shù) 的變化規(guī)律表明，層狀灰分對(duì)壓降的貢獻(xiàn)多于灰分堵頭．這是因?yàn)榉植荚诒诿娴膶訝罨曳衷龃罅藲饬鞔┻^(guò)壁面過(guò)濾阻力，灰分層壓降上升，雖然灰分堵頭降低了孔道流通長(zhǎng)度，但其降低的過(guò)濾長(zhǎng)度有限，因而對(duì)DPF壓降的影響效果較?。畧D6b為灰分分布系數(shù)對(duì)DPF捕集效率的影響，隨灰分分布系數(shù)增加，分布在壁面的層狀灰分增加，層狀灰分對(duì)碳煙顆粒的捕集作用提升，捕集效率增加．無(wú)碳煙加載時(shí)捕集效率明顯低于有碳煙加載的情況，這是由于無(wú)碳煙加載時(shí)，主要靠深床的捕集作用，捕集效率大大降低．

圖6 灰分分布系數(shù)對(duì)壓降和捕集效率的影響 Fig.6 Effects of ash distribution coefficient on pressure drop and collection efficiency

3.2 載體配比對(duì)DPF壓降和捕集效率的影響

載體配比對(duì)控制發(fā)動(dòng)機(jī)排放十分重要，配比太小會(huì)導(dǎo)致排氣背壓較高，載體容納灰分能力較差，造成再生頻繁，導(dǎo)致油耗增加；配比太大又會(huì)提高制造成本，因而研究配比對(duì)DPF性能的影響是十分必要的．采用表3中方案1載體的基礎(chǔ)參數(shù)，通過(guò)擴(kuò)展長(zhǎng)度的方式來(lái)得到不同配比的載體見(jiàn)表6，以研究載體配比對(duì)DPF壓降及捕集特性的影響．

表6 不同DPF配比載體參數(shù) Tab.6 Carrier parameters of different DPF ratios

圖7示出總灰分量分別為0g、101.2g及灰分分布系數(shù)為0.3時(shí)不同配比對(duì)DPF壓降特性的影響．無(wú)灰分量時(shí)，4種配比載體的壓降均隨著碳煙質(zhì)量的增加而增大，且DPF配比越小其壓降增幅越明顯；灰分沉積量的增加提高了DPF壓降，且配比越小，DPF壓降上升更快．配比增大，載體容納灰分能力增強(qiáng)，壓降下降，且隨著碳煙質(zhì)量增加，配比對(duì)載體壓降的影響更加明顯．

圖7 不同配比對(duì)DPF壓降的影響 Fig.7 Effects of different ratios on DPF pressure drop

圖8a所示碳煙質(zhì)量為0g時(shí)DPF主要依靠深床的作用來(lái)捕集顆粒，捕集效率偏低；隨著碳煙質(zhì)量增加，DPF的捕集效率上升，當(dāng)碳煙質(zhì)量達(dá)到6g時(shí)，捕集效率隨碳煙質(zhì)量的增加基本無(wú)變化．但配比越大，捕集效率越高，且灰分加載不影響配比對(duì)載體捕集效率的影響規(guī)律．這是由于隨著配比的增大，載體的有效過(guò)濾面積更大，其捕集效率更高．

圖8 不同配比對(duì)DPF捕集效率的影響 Fig.8 Effects of different ratios on DPF collection efficiency

柴油機(jī)對(duì)載體體積的選擇需綜合考慮性能和成本兩個(gè)方面因素，配比太小無(wú)法滿(mǎn)足性能要求；配比太大制造成本增加．早期對(duì)DPF的配比選擇要求高捕集效率和低背壓，但隨著工程開(kāi)發(fā)的深入，DPF反 而需要適當(dāng)增加背壓以提高原機(jī)排氣溫度，為DPF被動(dòng)再生提供合適的溫度窗口．綜合各方面因素，載體的配比通常為1.2～1.5．

3.3 載體孔密度對(duì)DPF壓降和捕集效率的影響

選擇表3中方案1和方案2載體對(duì)比研究孔密度對(duì)DPF壓降和捕集效率的影響．圖9a為載體孔密度對(duì)DPF壓降的影響，0.465個(gè)/mm2載體的壓降均低于0.310個(gè)/mm2載體，尤其是在單位灰分量高于33.0g/L及碳載量較大的情況下效果更加明顯．這是由于0.465個(gè)/mm2載體的過(guò)濾壁面壁厚與灰分層厚度較0.310個(gè)/mm2載體更薄，載體的孔道容積更大，流通面積增加．圖9b為載體孔密度對(duì)DPF捕集效率的影響，在不同單位灰分量的情況下，0.465個(gè)/mm2載體的捕集效率均略低于0.310個(gè)/mm2載體．

圖9 載體孔密度對(duì)DPF壓降和捕集效率的影響 Fig.9 Effects of mesh number of carrier on DPF pressure drop and collection efficiency

4 DPF孔道內(nèi)流動(dòng)特性的數(shù)值模擬

4.1 灰分分布系數(shù)對(duì)DPF孔道內(nèi)流動(dòng)的影響

灰分沉積對(duì)DPF壓降和捕集效率具有較大的影響，通過(guò)構(gòu)建DPF孔道的1/4模型從微觀(guān)角度研究了灰分分布系數(shù)對(duì)DPF孔道內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)的影響，模型計(jì)算的邊界條件與3.1節(jié)相同．

圖10為不同灰分分布系數(shù)條件下DPF孔道內(nèi)氣流速度分布．在無(wú)灰分加載時(shí)，DPF進(jìn)口孔道中心速度沿軸向方向減小，出口孔道中心速度沿軸向逐漸增大，在孔道末端氣流速度達(dá)到60m/s，并高于進(jìn)口速度．單位灰分量為22g/L時(shí)，隨著灰分分布系數(shù)的增加，能量損失增大，出口孔道末端的氣流速度降低．無(wú)灰分時(shí)，由于過(guò)濾壁面的摩擦力以及流體內(nèi)部黏性力的作用，進(jìn)口孔道內(nèi)的氣流沿孔道從前往后逐漸下降；單位灰分量為22g/L時(shí)，灰分分布系數(shù)增大，層狀灰分厚度增加，氣流通過(guò)壁面的壓力損失增加，氣流速度減?。?/p>

圖10 碳載量為6g/L和單位灰分量為22g/L時(shí)不同灰分分布系數(shù)對(duì)DPF孔道內(nèi)氣流速度的影響 Fig.10 Effects of different ash distribution coefficients on airflow velocity in DPF channels when soot load is 6g/L and ash component is 22g/L

圖11所示不同灰分分布系數(shù)下孔道軸向方向上顆粒濃度分布均呈現(xiàn)前少后多的不均勻性．這是因?yàn)檠乜椎垒S向方向，氣體流速降低，碳煙在DPF孔道后端較容易被捕集沉積．有灰分沉積時(shí)，顆粒濃度分布較均勻，在靠近灰分堵頭時(shí)達(dá)到最大．增加灰分分布系數(shù)，壁面分布的層狀灰分增加，灰分堵頭長(zhǎng)度減小，過(guò)濾長(zhǎng)度增加，DPF整體的捕集效率提升．無(wú)灰分時(shí)，雖然孔道過(guò)濾長(zhǎng)度最大，但壁面過(guò)濾作用差， 降低了過(guò)濾效率．

圖11 不同灰分分布系數(shù)對(duì)孔道內(nèi)顆粒濃度分布的影響 Fig.11 Effects of different ash distribution coefficient on particle movement concentration distribution in channel

4.2 不同配比DPF孔道內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)分析

針對(duì)不同配比DPF孔道內(nèi)氣流的運(yùn)動(dòng)分析，所采用的載體參數(shù)如表6所示．圖12所示總灰分量為0g、碳煙質(zhì)量為27.6g時(shí)不同配比DPF進(jìn)/出口孔道中心的壓力與氣流速度對(duì)比．進(jìn)口孔道中心壓力沿軸向增大，氣流速度沿軸向方向先略增大再急劇降低至0．配比越小，載體進(jìn)口孔道中心壓力越高，其氣流速度下降更快．出口孔道中心壓力沿軸向方向減小，氣流速度沿軸向方向增大．配比越小，出口孔道中心壓力越小，出口孔道中心氣流速度上升更快．這是由于在碳煙質(zhì)量相同時(shí)，載體的配比越小，載體的碳煙層厚度增大，氣流通過(guò)碳煙層的壓力損失更大．

圖12 總灰分量為0g時(shí)不同配比對(duì)進(jìn)/出口孔道壓力與氣流速度的影響 Fig.12 Effects of different ratio on inlet and outlet pressure and airflow velocity when the total ash content is 0g

圖13所示總灰分量為101.2g、灰分分布系數(shù)為0.3及碳煙質(zhì)量為27.6g時(shí)不同配比DPF進(jìn)/出口孔道中心的壓力與氣流速度對(duì)比．因較小配比載體的有效過(guò)濾長(zhǎng)度短，其進(jìn)口孔道壓力及氣流速度更快下降為0；出口氣流速度也更快上升到最大值，但出口氣流速度的最大值隨著配比的減小而降低．

圖13 總灰分量為101.2g時(shí)不同配比對(duì)進(jìn)/出口孔道壓力與氣流速度的影響 Fig.13 Effects of different carrier ratio on inlet and outlet pressure and airflow velocity when the total ash content is 101.2g

圖14所示總灰分量為0g時(shí)不同配比DPF進(jìn)口孔道內(nèi)顆粒濃度分布．配比越大，進(jìn)口孔道內(nèi)顆粒濃度越大，說(shuō)明捕集效率越高．

圖14 總灰分量為0g時(shí)不同配比對(duì)DPF進(jìn)口孔道內(nèi)顆粒濃度分布的影響 Fig.14 Effects of different carrier ratio on particle concentration distribution in DPF inlet channel when the total ash content is 0g

圖15所示總灰分量為101.2g、灰分分布系數(shù)為0.3時(shí)不同配比DPF進(jìn)口孔道內(nèi)顆粒濃度分布．較小配比載體的進(jìn)口孔道有效過(guò)濾長(zhǎng)度內(nèi)顆粒濃度較大且分布比較均勻；隨著配比的增大，載體長(zhǎng)度增加，顆粒濃度分布前端較少、中后端較多．配比較小時(shí)，由于孔道有效過(guò)濾長(zhǎng)度縮短，最大顆粒濃度明顯下降，即捕集效率下降．有灰分沉積時(shí)，增大配比，最大顆粒濃度上升，捕集效率提高．

圖15 總灰分量為101.2g時(shí)不同配比對(duì)DPF進(jìn)口孔道內(nèi)顆粒濃度分布的影響 Fig.15 Effects of different carrier ratio on particle concentration distribution in DPF inlet channel when the total ash content is 101.2g

5 結(jié)論

(1) 升高轉(zhuǎn)速不同載體的壓降均上升，孔密度為0.465個(gè)/mm2DPF壓降均低于0.310個(gè)/mm2DPF壓降，增大灰分分布系數(shù)及碳載量此效果更明顯；非對(duì)稱(chēng)孔結(jié)構(gòu)載體在高碳載量時(shí)壓降特性較對(duì)稱(chēng)孔結(jié)構(gòu)載體更優(yōu).

(2) 增大DPF配比有利于降低DPF壓降的同時(shí)提高其捕集效率；綜合考慮DPF性能和成本因素，載體最佳配比為1.2～1.5；灰分加載不會(huì)影響配比對(duì)DPF壓降的影響規(guī)律.

(3) 無(wú)灰分時(shí)，出口孔道壓力沿孔軸向逐漸均勻下降，氣流速度一直升高，在出口處達(dá)到最大，且高于進(jìn)口速度；有灰分沉積時(shí)，灰分分布系數(shù)越大，進(jìn)口孔道與出口孔道的壓差越大，出口孔道氣流出口速度越小，捕集效率提高.

(4) 進(jìn)口孔道內(nèi)顆粒濃度分布呈現(xiàn)前端較少、中后端較多的趨勢(shì)；DPF配比增大，進(jìn)/出口孔道壓差降低，出口孔道最大速度升高；DPF配比越大，進(jìn)口孔道中顆粒濃度增大，捕集效率越高.