第1期（总第234期） 2018年2月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
旋转式过滤体颗粒捕集器流场分析
刘冠麟，刘轩钰，周媛，冷淳，郭黎杰，马进仕
(湖南涉外经济学院机械工程学院，湖南长沙410205）
No (Serial No 234)
Feb2018
了旋转式过滤体内部气-粒两相流的速度场及其影响因素，分析了排气流速、直径比、进气扩张角等参数对过滤体内流动均匀性和涡流损失的影响规律，并据此提出了优化准则。研究结果表明：当颗粒捕集器入口流速从20m/s 提高至80m/s时过滤体内气流流动均匀性会增加，但流场基本结构变化微小；当过滤体直径比在4～6之间变化时，其数值越大，过滤体表面的流动均匀性越差，过滤体利用率越低，当直径比继续增加到超过某一特定数值后，过滤体内流场分布基本不再发生变化；当进气扩张角在60°～120°之间变化时，扩张角越大，颗粒捕集器扩张管内越容易产生涡流，并首先在过滤体相对位置为08的地方产生，随着扩张角的增大，涡流强度和区域都会增大，减小扩张角可以减弱过滤体内进气回流现象，改善流场分布均匀性。
关键词：颗粒捕集器；旋转式载体；两相流；仿真；速度场结构优化 DOI: 10 3969 /j issn .1001-2222 2018 01 010
中图分类号：TK4115
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2018)01-0055-07
当前解决柴油机颗粒排放的后处理技术中，颗粒捕集器被公认为最具有发展前景，而过滤体的再生技术是限制其广泛应用的瓶颈[1-"]。在众多再生技术中，微波加热再生具有诸多优点，如能快速加热过滤体、可采用体积加热的方式、产生的温度梯度较小、能提高过滤体使用寿命；此外，微波加热具有选择性加热的特点，大部分的微波能量用于点燃颗粒，而过滤体对于微波近乎透明，可以有效降低过滤体最高温度3。然而实际应用时，汽车电源功率有限，增加了微波再生技术应用以及普及的难度。针对这一技术障碍，国内学者提出了旋转式过滤体结构4-5了，相对于传统轴向式过滤体，旋转式过滤体分块再生能够消除车载微波能量不足的问题，同时保证任何时间段都有载体处于工作状态，解决了传统颗粒捕集器再生过程中颗粒排放恶化的问题。本研究针对该旋转式过滤体，建立了气-粒两相流仿真模型，分析了其主要结构与工作参数对过滤体内部速度场以及瑞动能的影响规律
1气-粒两相流与多孔介质理论 1.1气-粒两相流理论模型
气工况而言，过滤体内部的流体由高温排气与固体排放物组成，为了简化研究，本文将流经过滤体的固体成分视为单一碳颗粒，并进一步假设颗粒相为拟流体，具有与气相对等的流体特征，以此进行仿真计算,并且只考虑速度场，没有涉及到温度，所有理论模型只考虑连续方程与动量守恒方程了。排气在旋转径向式颗粒捕集器过滤体外部的运动属于瑞流运动,故e瑞流模型适用于描述本研究的瑞流现象。
1）连续方程
a(apn)2(ap)+(apu)=m。(1)
ax+ay
az
式中：u，v，w分别为x，和z方向的速度；o为相密度：α为相体积分数：>，m气相与颗粒相之间的质量源项，
2）动量守恒方程
2(ap)+2(a)+(aa)=+ +
-aai
ax
ay
az
(R + mp Vp )+ ap( F: + Fiur + Fvpi ) 。
（2）
对于颗粒捕集器的实际使用环境，即发动机排
式中：为相应变张量；Rpi为气相与颗粒相的相互
收稿日期：2017-08-01；修回日期：2017-11-03
基金项目：2016年度潮南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目（省级)湘教通(2016)283号；湖南省教育厅科学研究重点项目资助
(16A120)
作者简介：刘冠麟(1982一），男，讲师，硕士，主要研究方向为车用发动机排放控制技术；YUC7102@163com。