DPF再生及其颗粒物数量浓度排放性能的试验

基于柴油机颗粒捕集器(DPF)再生性能测试台架,研究了入口过渡段长度、再生温度和再生时间对其再生性能的影响,同时也探索了DPF再生时出口颗粒物数量浓度排放性能的变化规律.结果表明:随着过渡段长度的增加,再生效率和效能比先保持不变,后逐渐降低,继而又趋于稳定,DPF内部最高温度与最大温度梯度均呈逐渐降低的趋势.再生温度的增加会使再生效率和效能比先缓慢增加而后迅速增加,但DPF内部最高温度和最大温度梯度呈线性增加的趋势.碳黑沉积较为均匀时,再生时间的增加能够在一定程度上提高再生效率,提高再生温度将会出现再生时间拐点,且随着再生温度的增加,再生时间拐点提前,拐点之后继续增加再生时间,再生效率增加量较小.DPF出口颗粒物总数量浓度和粒径分布与其内部沉积的碳黑分布特性具有较大关系,无过渡段时,DPF出口颗粒物总数量浓度呈先增加后减小的趋势,加装50 cm过渡段时,DPF出口颗粒物总数量浓度逐渐减小.     

DPF再生时出口颗粒排放特性的试验

基于外加热源再生性能测试台架,采用便携式固体颗粒物计数仪,研究soot沉积方式和颗粒可溶性有机组分(SOF)对柴油机颗粒捕集器(DPF)出口颗粒排放的影响.结果表明:无过渡段沉积后,DPF再生效率和总质量浓度随再生温度增加而增加,升温阶段出口颗粒物以核态为主,再生阶段DPF载体内部出现温度波峰且出口颗粒物以积聚态为主;添加50 cm过渡段沉积后,再生效率和总质量浓度同样随再生温度增加而增加,575℃以下再生时,升温和再生阶段出口颗粒物均以核态为主;575℃再生时,升温阶段颗粒物以核态为主,再生阶段以积聚态为主.SOF能促进DPF再生,其质量分数越高,DPF再生效率和总质量浓度越高,再生时出口颗粒物趋向于核态.     

DPF主动再生过程颗粒排放特性试验

通过柴油发动机台架,采用后喷助燃的再生方式研究了主动再生过程中柴油机颗粒捕集器(DPF)出口的颗粒排放特性.结果表明:在主动再生期间,DPF出口颗粒浓度可增加2~3个数量级;在升温过程和再生过程,出口颗粒物数量浓度和粒径分布会因为碳载量和再生温度的共同作用而表现出差异;升温过程中,10 nm左右核模态颗粒物的排放主要由来流中颗粒物的穿透引起;再生过程中,10 nm左右核模态颗粒物的排放主要由碳烟颗粒层氧化反应生成的二次颗粒逃逸引起;整个再生期间,100 nm左右的积聚态颗粒物的排放主要由DPF载体内碳烟颗粒的逃逸引起.     

颗粒物在多孔介质内部沉积以及脱附的研究进展

颗粒捕集器可有效降低颗粒物排放, 其过滤性能和再生时的颗粒排放都与颗粒物在多孔介质表面的沉积和脱附特性密切相关。本文综述国内外近年来颗粒物在单根、双根骨架以及单层和双层过滤片上的沉积以及脱附规律的研究进展, 包括宏观物理特征和微观结构特征, 总结灰沉积特性与颗粒物沉积以及脱附特性的相互影响规律, 提出对柴油机颗粒物在多孔介质表面的沉积以及脱附过程的研究是未来重要的研究方向。这方面的成果可以对过滤介质的结构参数和运行参数进行优化, 同时对过滤性能的预测有重要意义。     

模拟碳烟在DPF过滤壁面上沉积特性的试验

基于可视化单通道试验台架,采用固体颗粒发生器产生来流颗粒使颗粒均匀沉积到柴油机颗粒捕集器(DPF)过滤壁面上,使用激光位移传感器在线测量过滤壁面上颗粒层厚度和电镜离线观测颗粒层形貌与结构,对碳黑颗粒特性和灰沉积量在DPF过滤壁面上的沉积过程开展研究.结果表明:针对颗粒层厚度曲线,沉积过程可分为深床期、长树期、搭桥期及颗粒层期;而针对过滤压降曲线分为深床期、过渡期和颗粒层期.随壁面过滤速度增大,过滤压降增大,颗粒层厚度增大,形成的颗粒层越致密,且厚度曲线进入颗粒层期的厚度从15μm增加至约30μm.在固定的壁面过滤速度工况下,由于碳黑颗粒特性存在差异,颗粒自身团聚程度越高(SB4AFW200PU),对应的最终过滤压降和堆积密度越大.在有灰沉积的工况下,随着灰沉积量从0 g/L增加至6 g/L,沉积碳黑颗粒时,DPF的初始压降增大,但最终过滤压降和碳黑颗粒层的堆积密度呈先减小后增大的趋势,尤其在灰沉积量为2 g/L时同时达到最低.     

再生温度和来流参数对柴油机颗粒过滤器再生和 过滤特性影响的试验研究

基于外加热源再生性能测试台架,研究了不同再生温度和不同来流流量对柴油机颗粒过滤器(diesel particulate filter,DPF)出口颗粒排放的影响。试验结果表明:加载量为2.5g/L时,DPF出口颗粒物出现一个颗粒数浓度波峰;加载量为5.0g/L时,DPF出口颗粒物出现两个数量浓度波峰。相同来流流量下,再生效率和总质量浓度随着再生温度的增加而增加;升温阶段出口颗粒物以核模态为主;再生阶段时,内部出现温度波峰且出口颗粒物以50nm以上聚集态颗粒为主。相同再生温度下,加载量为2.5g/L时再生效率和总质量浓度随着来流流量的增加而增加,升温和再生阶段出口颗粒物均以核模态为主;加载量为5.0g/L时再生效率和总质量浓度随来流流量的增加呈现先增加后减少的趋势,升温阶段出口颗粒物以核模态为主,再生阶段在大流量时有部分聚集态颗粒物排出。     

热老化对炭黑颗粒氧化特性影响的试验研究

基于热重分析仪,首先开展不同热老化温度、时间、氧气质量分数的热重试验,并分别采用微分法(Achar-Brindley-Sharp-Wendworth,ABSW)和阿仑尼乌斯法(Arrhenius)进行氧化动力学分析。结果表明:当老化温度区间在325～400℃时,随着老化温度的增加,活化能从181kJ/mol降低到170kJ/mol。随着老化时间的增加,颗粒的活化能从180kJ/mol降低到172kJ/mol之后在172kJ/mol保持不变。当老化氧气质量分数低于5%时,随着老化氧气质量分数的增加,活化能逐渐升高到188kJ/mol;而高于5%时,活化能从188kJ/mol降低到170kJ/mol。此外,基于高分辨透射电镜对炭黑颗粒的微观结构分析发现,随着老化温度、时间及氧气质量分数的降低,基本碳粒的壳结构更加趋于有序化,石墨化程度相对较高,氧化活性较低。