一种DPF物性参数的模拟计算方法技术

本发明专利技术公开了一种DPF物性参数的模拟计算方法，包括以下步骤：步骤一：构建DPF流场模型；步骤二：构建DPF内部压降模型；步骤三：构建DPF碳烟预测模型；步骤四：构建DPF再生化学反应模型；步骤五：判定DPF再生反应机理；步骤六：建立DPF一维及三维实体计算模型。该方法选用了AVL

【技术实现步骤摘要】
一种DPF物性参数的模拟计算方法


[0001]本专利技术涉及柴油机仿真计算
，具体为一种DPF物性参数的模拟计算方法。

技术介绍

[0002]柴油机颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter，简称DPF)是一种安装在柴油发动机排放系统中的陶瓷过滤器，它将尾气中的颗粒排放物质进入大气之前将其捕捉。
[0003]柴油发动机的污染主要来自三个方面：微粒排放物质、碳氢化合物、氮氧化合物和硫，其中微粒排放物质大部分是碳和碳化物的微小颗粒所组成的。
[0004]微粒捕集器能够减少柴油发动机所产生的烟灰达90％以上，它的工作基本原理是：柴油微粒过滤器喷涂上金属铂、钯，柴油机发动机排除的含有碳粒的黑烟，通过专门的管道进入发动机尾气微粒捕集器，经过其内部密集设置的带式过滤器，将碳烟颗粒吸附在陶瓷制成的过滤器上。
[0005]当前对于DPF气体流动、壁面传热、柴油机排气组分反应等方面物性参数的数学建模方式尚不完善，在此基础上进行的软件数值仿真误差较大。
[0006]因此，如何提供一种DPF物性参数的模拟计算方法，以提高仿真精度即成为本领域人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种DPF物性参数的模拟计算方法，该方法用于DPF物理性能参数模拟计算的模型的构建，选用了AVL
‑
Fire和Boost两款数值仿真软件对DPF气体流动、壁面传热、柴油机排气组分反应等方面进行模拟仿真计算，其模型精度优于现有技术。
[0008]一种DPF物性参数的模拟计算方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一：构建DPF流场模型，在柴油机排气进入DPF后，由一维稳态的连续性方程和动量方程计算孔道内部的DPF流场模型；
[0010]步骤二：构建DPF内部压降模型，并分别计算壁面压降、深床层碳烟压降、滤饼层碳烟压降及进、出口孔道摩擦损失压降；
[0011]步骤三：构建DPF碳烟预测模型，分别计算深床层碳烟厚度及滤饼层碳烟厚度，并得出深床层碳烟的质量守恒方程及滤饼层碳烟的质量守恒方程；
[0012]步骤四：构建DPF再生化学反应模型，根据气相和固相两种表面反应判断DPF内部气体组分的变化，并求得DPF内部碳烟量随时间的变化关系；
[0013]步骤五：判定包括C
‑
O2反应、C
‑
ONO2反应及C
‑
ONO
‑
NO2反应在内的DPF再生反应机理；
[0014]步骤六：建立DPF一维及三维实体计算模型。
[0015]优选的，步骤一中的一维稳态的连续性方程如式(1)和式(2)所示：
[0016][0017][0018]ρ
g,n
代表DPF孔道内部的气相密度(n＝1代表进口孔道，n＝2代表出口孔道)，v
g,n
代表气相流速，A
F,n
代表过滤体孔道前端表面积，v
w,n
代表壁面流速，A
S,n
代表过滤体孔道的湿周半径；
[0019]DPF流体在入口和出口孔道符合动量平衡方程条件，其动量方程如式(3)和式(4)所示：
[0020][0021][0022]其中p
g,i
代表孔道气体压力，i＝1代表进口孔道；i＝2代表出口孔道；F
i
代表DPF载体孔道内气体摩擦损失系数，μ代表流体动力粘度；
[0023]壁面流速：
[0024][0025]其初始条件为：
[0026]v
g,1
＝v
inl
@z＝0(6)
[0027]v
g,1
＝0@z＝l
eff
(7)
[0028]v
g,2
＝v
inl
@z＝0(8)
[0029]p
g,2
＝p
out
@z＝l
eff
。(9)
[0030]优选的，步骤二的DPF内部压降模型中DPF载体进、出口孔道的压降模型如式(10)所述：
[0031][0032]其中壁面压降：
[0033][0034]深床层碳烟压降：
[0035][0036]滤饼层碳烟压降：
[0037][0038]进、出口孔道摩擦损失压降：
[0039][0040][0041]式中F
nfw,A
，F
nfw,B
代表过滤体孔道几何系数，作用是确定入口孔道的位置；K
w
代表壁面渗透率，K
sd
代表深床层碳烟渗透率，K
sc
代表滤饼层碳烟渗透率，μ为流体的运动粘性系数，δ
w
代表壁面厚度，δ
sd
代表深床层碳烟厚度，δ
sc
代表滤饼层碳烟厚度，ζ为摩擦损失系数；ρ
sd
和ρ
sc
分别代表深床层碳烟和滤饼层碳烟的碳烟填充密度，m
sd
和m
sc
分别代表深床层碳烟和滤饼层碳烟的碳烟填充质量。
[0042]优选的，步骤三的DPF碳烟预测模型中：
[0043]深床层碳烟厚度用下式表达：
[0044][0045]滤饼层碳烟厚度用下式表达：
[0046][0047]深床层碳烟的质量守恒方程为：
[0048][0049]滤饼层碳烟的质量守恒方程为：
[0050][0051]式(18)和式(19)中的m
sd
(z)和m
sc
(z)分别代表深床层碳烟和滤饼层碳烟的碳烟密度，和分别代表深床层碳烟和滤饼层碳烟内的化学反应源项，v
w,dl
(z)代表沿轴向位置的壁面流速，S
sd
和S
sc
分别控制深床层碳烟和滤饼层碳烟的开启。
[0052]优选的，步骤四中的气相连续性方程如式(20)所示：
[0053][0054]其中MG
j
为气体j的摩尔质量，S为气体组分种类数目；R为发生化学反应的总数目，ν
i,j
为第i项反应中气体j的化学反应系数，为第i项的摩尔反应速率；
[0055]沿碳烟层厚度方向的物质守恒方程为：
[0056][0057]其中w
g,j
代表气体j的质量分数；方程右边第一项为各气体组分随反应进行变化情况，第二项为气体密度在空间分布的微分；
[0058]引入式(16)和(17)的初始条件：
[0059]ρ
g
＝ρ
g
(z)@x＝0(22)
[0060]w
g.j
＝w
g,j,inl
@x＝0(23)
[0061]由上述方程可导出沿碳烟层方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种DPF物性参数的模拟计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：构建DPF流场模型，在柴油机排气进入DPF后，由一维稳态的连续性方程和动量方程计算孔道内部的DPF流场模型；步骤二：构建DPF内部压降模型，并分别计算壁面压降、深床层碳烟压降、滤饼层碳烟压降及进、出口孔道摩擦损失压降；步骤三：构建DPF碳烟预测模型，分别计算深床层碳烟厚度及滤饼层碳烟厚度，并得出深床层碳烟的质量守恒方程及滤饼层碳烟的质量守恒方程；步骤四：构建DPF再生化学反应模型，根据气相和固相两种表面反应判断DPF内部气体组分的变化，并求得DPF内部碳烟量随时间的变化关系；步骤五：判定包括C
‑
O2反应、C
‑
ONO2反应及C
‑
ONO
‑
NO2反应在内的DPF再生反应机理；步骤六：建立DPF一维及三维实体计算模型。2.根据权利要求1所述的一种DPF物性参数的模拟计算方法，其特征在于：所述步骤一中的一维稳态的连续性方程如式(1)和式(2)所示：中的一维稳态的连续性方程如式(1)和式(2)所示：ρ
g,n
代表DPF孔道内部的气相密度(n＝1代表进口孔道，n＝2代表出口孔道)，v
g,n
代表气相流速，A
F,n
代表过滤体孔道前端表面积，v
w,n
代表壁面流速，A
S,n
代表过滤体孔道的湿周半径；DPF流体在入口和出口孔道符合动量平衡方程条件，其动量方程如式(3)和式(4)所示：其动量方程如式(3)和式(4)所示：其中p
g,i
代表孔道气体压力，i＝1代表进口孔道；i＝2代表出口孔道；F
i
代表DPF载体孔道内气体摩擦损失系数，μ代表流体动力粘度；壁面流速：其初始条件为：v
g,1
＝v
inl
@z＝0(6)v
g,1
＝0@z＝l
eff
(7)v
g,2
＝v
inl
@z＝0(8)p
g,2
＝p
out
@z＝l
eff
(9)。3.根据权利要求1所述的一种DPF物性参数的模拟计算方法，其特征在于：所述步骤二的DPF内部压降模型中DPF载体进、出口孔道的压降模型如式(10)所述：
其中壁面压降：深床层碳烟压降：滤饼层碳烟压降：进、出口孔道摩擦损失压降：出口孔道摩擦损失压降：式中F
nfw,A
，F
nfw,B
代表过滤体孔道几何系数，作用是确定入口孔道的位置；K
w
代表壁面渗透率，K
sd
代表深床层碳烟渗透率，K
sc
代表滤饼层碳烟渗透率，μ为流体的运动粘性系数，δ
w
代表壁面厚度，δ
sd
代表深床层碳烟厚度，δ
sc
代表滤饼层碳烟厚度，ζ为摩擦损失系数；ρ
sd
和ρ
sc
分别代表深床层碳烟和滤饼层碳烟的碳烟填充密度，m
sd
和m
sc
分别代表深床层碳烟和滤饼层碳烟的碳烟填充质量。4.根据权利要求1所述的一种DPF物性参数的模拟计算方法，其特征在于：所述步骤三的DPF碳烟预测模型中：深床层碳烟厚度用下式表达：滤饼层碳烟厚度用下式表达：
深床层碳烟的质量守恒方程为：滤饼层碳烟的质量守恒方程为：式(18)和式(19)中的m
sd
(z)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦鹏昊，
申请(专利权)人：天津电子信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：