基于GT-POWER的柴油机颗粒捕集器性能仿真分析开题报告
2020-02-19 22:28:34
1. 研究目的与意义（文献综述）
自1892年德国发明家鲁道夫·狄塞尔发明柴油机之后，柴油机经过100多年的飞速发展，已经在日常生活中扮演了不可或缺的一个角色。柴油机与汽油机相比，具有功率大、低排放、动力性能好、可靠性强、使用寿命长等优点。在化石能源面临枯竭难题的今天，从节约能源、可持续发展的角度来说，柴油机在汽车上的推广是必不可少的。然而，柴油机相较于汽油机有很高的氮氧化物与颗粒物的排放，而正是颗粒物严重地危害人类健康，为蓝天掩上阴霾，危害地球环境。因此控制柴油机颗粒物的排放一直是人们研究的热点。柴油机颗粒捕集器（diesel particulate filter,dpf）是控制柴油机颗粒物排放最有效的后处理净化装置，随着我国排放规范的日益严格，如即将实行的国六排放标准，经过后处理后的排放限定值越来越低，测量试验覆盖的工况越来越多，都要求了后处理的检测方法不断地进行改进和完善。因此深入的开展dpf的研究是非常必要的，而开展dpf的研究就要对dpf的各个结构参数对其性能影响进行探究。本次毕业设计将会利用gt-power软件建立柴油机颗粒捕集器dpf模型，了解pm排放污染相关理论，掌握发动机排放性能影响因素，通过对模型边界条件的设定，进行仿真计算，获得相关特性曲线，分析相关因素对dpf性能的影响。
在国内，有许多学者和以柴油机颗粒捕集器参数对其性能影响为课题的学生做出了重要的学术成果，发表了优秀的论文。同济大学的楼狄明[1]利用了gt-power建立了柴油机颗粒捕集器dpf模型，进行了参数的仿真计算，研究了dpf结构参数对其性能影响，研究了通道密度、过滤壁渗透率、过滤体材料孔隙率、过滤体材料微孔直径、过滤壁厚度等参数对过滤效率及压降的影响。浙江大学的严兆大[2]等人研究了捕集器长度、流经捕集器的气体质量流量、填充率与气体温度对压降的影响，此外还阐述了纤维颗粒捕集器压力损失经验公式的量纲分析法与其科学性。武汉理工大学的李新[3]在其研究生学位论文上设计了柴油车排气颗粒物后处理系统,提出了以燃烧器工作为主、doc前喷油升温为辅的两级升温方案、设计了两种形式的排气燃烧器,并对其工作特性进行了研究与对比分析、研究了dpf再生过程的控制与后处理系统的控制策略并进行优化。军事交通学院的姜大海[4]等人建立了柴油机颗粒捕集器压力损失的数学模型，研究了过滤体的直径与长度、过滤体的长径比、过滤体壁厚、过滤体目数对压力损失的影响。西华大学的孟忠伟[5]等人基于柴油机颗粒过滤器沉积过程可视化台架，研究了在不同过滤速度下研究颗粒物在dpf载体切片上的堆积密度、颗粒层渗透系数及孔隙率。东北林业大学的杨华龙[6]在硕士学位论文利用matlab模拟计算分析过滤体微孔孔径、捕集微粒粒径、柴油车的排气流量和排气温度对颗粒捕集器三种捕集机理的影响，同时利用fluent软件对对颗粒捕集器三维模型进行网格划分和边界条件的设定，从理论上进一步分析了dpf捕集颗粒物时内部流速、压力和温度的分布情况及内部气流的运动情况。江苏大学的胡俊[7]对一款满足国三排放标准的高压共轨柴油机加装颗粒捕集器，通过台架试验研究了颗粒捕集器的捕集效率以及对柴油机排气背压、燃油经济性以及排放特性的影响。东北林业大学齐英杰[8]通过填充床捕集理论建立其综合捕集效率的数学模型，研究了微粒捕集过程中各种捕集机理的影响作用，并利用matlab和试验对所建立的数学模型进行验证。清华大学的张俊[9]对各种文献进行了总结，对灰分对dpf性能影响进行了综述。东北林业大学的王逢瑚[10]等人对dpf净化机理和研究现状进行了较好的阐述，最后提出微米木长纤维碳化木dpf过滤效率高,排气背压小,使用寿命长,可为柴油机尾气净化开辟一个新的方向。军事交通学院的何国本[11]等人从pm生成机理上进行阐述，随后引出本文的重点：pm的处理措施。具体分析了dpf的主动再生与被动再生。吉林大学的田径[12]等人基于车用0号柴油中添加铁基燃油添加剂（fbc），在一台配置无涂敷碳化硅微粒捕集器的ca6dl2-35e3高压共轨重型柴油机上对其排放颗粒进行捕集加载与再生实验，研究了fbc在esc-13工况下的转换效率。
2. 研究的基本内容与方案
本次研究内容是了解pm排放污染相关理论，了解柴油机颗粒捕集器结构，掌握dpf的净化机理与基本理论，掌握发动机排放性能影响因素，学习gt-power软件，熟练掌握其功能和使用方法，建立dpf模型，通过对模型边界条件的设定，进行仿真计算，获得相关特性曲线，分析相关因素对dpf性能的影响。具体内容安排如下：
（1）利用校内图书馆和网络资源，查阅国内外相关文献，在老师的指导下，对dpf系统进行学习，掌握dpf工作原理，对dpf结构参数有清楚的认识，了解pm排放污染相关理论，掌握发动机排放性能影响因素。
（2）利用gt-power软件建立柴油机颗粒捕集器dpf模型，通过对模型边界条件的设定，进行仿真计算，获得相关特性曲线，分析相关因素对dpf性能的影响，并分析相关参数对其影响，总结规律。
3. 研究计划与安排
| 周 次【2019】 | 工 作 内 容 | |
| 毕业实习周 （2019.1.6- 1.18） | 赴校外实习、搜集设计资料，并提交实习日记、实习报告。 | |
| 毕业设计预备周 （2019.1.3-2019.1.18） | 确定指导教师人选，对未选好导师的学生进行调剂分配。确定选题志愿、校内搜集资料、消化资料。 | |
| 第1-2周（2.18-3.1） | 学生提交文献检索摘要。撰写开题报告。并完成网上提交开题报告。整理论文提纲、设计概要。 | |
| 第3-4周（3.4-3.15） | 进行外文翻译，并提交外文翻译译文。 | |
| 第5-6周（3.18-3.29） | 设计类，下达绘图任务，开始绘图。 研究类，制定试验方案或下达编程任务，开始试验及编程。 | |
| 第7-8周（4.1-4.12） | 继续完成绘图、试验或编程任务； 撰写毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类）。 | |
| 第9-11周（4.15-4.26） | 完成绘图、试验或编程； 完善毕业设计说明书、毕业论文； | |
| 第12周（4.29-5.10） | 网上提交毕业设计说明书、毕业论文、绘图等附件材料； 提交答辩申请。 | |
| 第13-14周（5.13-5.24） | 教师审阅毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类）和（图纸），审查确定学生答辩资格并予以公示。 | |
| 第15周（5.27-5.31） | 根据评阅意见修改毕业设计说明书、毕业论文，并网上提交；准备答辩PPT。 | |
| 第16周（6.3-6.7） | 毕业设计答辩。 |
4. 参考文献（12篇以上）
[1] 楼狄明, 赵泳生, 谭丕强, 等. 基于gt-power柴油机颗粒捕集器捕集性能的仿真研究[j]. 环境工程学报,2010,4(01):173-177.
[2] 严兆大, 曹韵华, 芮阳, 等. 柴油机用纤维颗粒捕集器的压力损失研究[j]. 内燃机工程,2002(02):40-43.
[3] 李新. 基于喷油助燃再生的柴油车颗粒物后处理技术研究[d]. 武汉: 武汉理工大学,2009.
