基于EDEM-CFD的柴油机DPF孔道内积碳层堵塞特性研究

来源：农业工程学报杂志2022年第16期北京时间：

作者：张韦,孟丽苹,李泽宏,陈朝辉,白宇麒,张翔宇,

摘要：为探究柴油机颗粒捕集器（Diesel Particulate Filter，DPF）内部积碳层运动引起的堵塞故障，该研究采用积碳层运动与分布可视化试验，并结合离散单元法（E-Discrete Element Method，EDEM）与计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD），分别对对称、非对称（ACT）结构D型及O型3种DPF孔道内部的流场压降、积碳层运动及堵塞特性进行分析。结果表明：3种结构的DPF进气孔道中心流速相差较小，但排气孔道中心流速相差较大，ACT结构O型排气孔道的出口流速最快，比对称结构快47 m/s；ACT结构O型的静压差最大，是ACT结构D型静压差的1.4倍，是对称结构的3.3倍；在3种结构的DPF进气孔道中，90%以上的积碳层发生了运动，对称结构的堵塞最严重，在进气孔道前、中、后段均形成了堵塞；ACT结构D、O型DPF的堵塞程度较轻，在进气孔道中、后段形成堵塞，且O型堵塞情况好于D型；积碳层密度越大，堵塞位置越靠近进气孔道入口端，导致进气孔道的有效空间减少；积碳层密度越大，进气孔道内的最大堵塞密度反而减小，表明气体通过堵塞段的流通性能有所改善。相比之下，对称结构DPF的孔道堵塞虽严重，但未经碳加载时的静压差小于2.4 kPa，而ACT结构的孔道堵塞程度轻，静压差却极大，D型最高可达6.3 kPa、O型可达9.1 kPa。研究结果可为解决DPF孔道堵塞问题提供理论依据与工程指导。

关键词：柴油机, EDEM, CFD, 颗粒捕集器, 积碳层, 堵塞特性