一种汽油机颗粒捕集器非均质动态扩展捕集模型建模方法技术

本发明专利技术涉及一种汽油机颗粒捕集器非均质动态扩展捕集模型建模方法，该方法包括根据汽油机颗粒捕集器孔隙率和孔隙分布，构建

【技术实现步骤摘要】
一种汽油机颗粒捕集器非均质动态扩展捕集模型建模方法


[0001]本专利技术涉及汽车
，尤其是涉及一种汽油机颗粒捕集器非均质动态扩展捕集模型建模方法
。

技术介绍

[0002]直喷汽油机压缩比大，热效率高，经济性好，已经成为轻型车主流动力
。
直喷汽油机将汽油直接喷入气缸，缸内存在局部富燃燃烧
、
附壁油膜燃烧等不良燃烧现象，导致其颗粒排放比进气道喷射汽油机增加一个数量级以上，甚至高于装备颗粒捕集器的柴油机，对城市大气环境的影响不容忽视，其颗粒净化是直喷汽油机必要解决的问题
。
安装汽油机颗粒捕集器
(Gasoline Particulae Filter,GPF)
是目前控制直喷汽油机颗粒排放的主流技术，全工况
、
全粒径高过滤效率是
GPF
研发必须解决的问题，
GPF
捕集模型是核心
。
[0003]颗粒捕集器基本是壁流式结构，颗粒的捕集过程是多孔介质从分散流体中剥离离散颗粒的过程
。
在这个过程中，多孔介质微观结构随捕集进程动态变化，过滤效率与离散颗粒理化特征
、
分散流体状态和多孔介质参数直接相关
。
第一，多孔介质直径
、
长度
、
孔隙率
、
平均孔径等影响颗粒在
GPF
内的沉积，影响
GPF
过滤效率；第二，尾气流速
、
温度等流场状态影响尾气流中离散颗粒的运动状态，并影响
GPF
过滤效率
。
第三，
GPF
入口颗粒数量及粒径分布与发动机工况强相关，颗粒物粒径分布显著影响
GPF
过滤效率
。
因此，
GPF
颗粒捕集模型应计及颗粒在
GPF
内的动态捕集过程和
GPF
捕集单元动态生长机制
。
[0004]目前，壁流式颗粒捕集器的捕集模型主要基于经典球形单元填充床假设，假设不同颗粒沉积状态的多孔壁渗透性与孔隙率之间存在着一定的预测公式，多孔介质特性与颗粒沉积量之间存在函数对应关系，通过解析颗粒在捕集器内的运动轨迹获取捕集单元过滤效率，再通过捕集单元集合形成假设过滤壁和沉积层，综合考虑球形捕集单元周围的
Kuwabara
流场，得到过滤体的过滤效率
。
基于球形单元填充床假设建立的颗粒捕集模型不考虑多孔介质的非均质特性，适用于可快速形成颗粒沉积层，并以“滤饼”捕集方式为主的柴油机颗粒捕集器
。
直喷汽油机尾气颗粒粒径较小，在
GPF
中形成“滤饼”沉积层的可能性较小，多孔介质微观结构特征对其过滤效率产生显著影响
。
因此，
GPF
颗粒捕集模型需要考虑多孔介质的非均匀性特征，而相关技术中并未有一种考虑多孔介质非均匀性特征的
GPF
捕集模型
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑多孔介质非均匀性特征的汽油机颗粒捕集器非均质动态扩展捕集模型建模方法
。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术提供了一种汽油机颗粒捕集器非均质动态扩展捕集模型建模方法，所述方法包括：
[0008]根据
GPF
孔隙率和孔隙分布，构建
GPF
孔隙分布子模型；
[0009]根据
GPF
颗粒物粒径分布，构建颗粒物粒径分布子模型；
[0010]根据
GPF
内部温度，构建
GPF
温度分布子模型；
[0011]根据所述
GPF
孔隙分布子模型
、
所述颗粒物粒径分布子模型和所述
GPF
温度分布子模型，计算颗粒物的直接拦截效率
、
惯性碰撞捕集效率和布朗扩散捕集效率；
[0012]考虑捕集单元动态生长，根据所述
GPF
孔隙分布子模型
、
所述颗粒物粒径分布子模型和所述
GPF
温度分布子模型，确定
GPF
捕集效率与颗粒物直径
、GPF
轴向位置以及捕集时间的关系；
[0013]对各捕集单元进行积分，获取
GPF
非均质动态扩展捕集模型
。
[0014]作为优选的技术方案，所述
GPF
孔隙分布子模型包括：
[0015][0016]其中，
d
c
为球形捕集单元直径；
ε
为
GPF
径向过滤壁面孔隙率；
d
pore
为
GPF
径向过滤壁面孔隙直径
。
[0017]作为优选的技术方案，所述根据
GPF
颗粒物粒径分布，构建颗粒物粒径分布子模型，包括：
[0018]利用高斯混合分布描述
GPF
入口颗粒物粒径分布，获取颗粒物粒径分布子模型
。
[0019]作为优选的技术方案，所述根据
GPF
内部温度，构建
GPF
温度分布子模型，包括：
[0020]采用热传递函数描述
GPF
内部温度场状态，并将轴向温度分布转化为轴向距离
x
的函数
。
[0021]作为优选的技术方案，所述
GPF
温度分布子模型包括：
[0022][0023][0024][0025][0026]其中，
T
g
为
GPF
内部尾气温度；
T
w
为
GPF
载体温度；
C
为单个孔道横截面周长；
h
为气体与载体间的对流传热系数；
ρ
g
为气体密度；
c
g
为气体定压比热容；
v
为气体流速；
A
g
为单孔道内气体流通横截面积；
T
g,x
为
GPF
轴向
x
处气体温度，
x
＝0表示
GPF
入口；
T
w,t
为
t
时刻
GPF
载体温度，
t
＝0表示初始时刻
。
[0027]作为优选的技术方案，所述直接拦截效率的计算方法为：
[0028][0029][0030]其中，
η
r
为直接拦截效率；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种汽油机颗粒捕集器非均质动态扩展捕集模型建模方法，其特征在于，所述方法包括：根据
GPF
孔隙率和孔隙分布，构建
GPF
孔隙分布子模型；根据
GPF
颗粒物粒径分布，构建颗粒物粒径分布子模型；根据
GPF
内部温度，构建
GPF
温度分布子模型；根据所述
GPF
孔隙分布子模型
、
所述颗粒物粒径分布子模型和所述
GPF
温度分布子模型，计算颗粒物的直接拦截效率
、
惯性碰撞捕集效率和布朗扩散捕集效率；考虑捕集单元动态生长，根据所述
GPF
孔隙分布子模型
、
所述颗粒物粒径分布子模型和所述
GPF
温度分布子模型，确定
GPF
捕集效率与颗粒物直径
、GPF
轴向位置以及捕集时间的关系；对各捕集单元进行积分，获取
GPF
非均质动态扩展捕集模型
。2.
根据权利要求1所述的一种汽油机颗粒捕集器非均质动态扩展捕集模型建模方法，其特征在于，所述
GPF
孔隙分布子模型包括：其中，
d
c
为球形捕集单元直径；
ε
为
GPF
径向过滤壁面孔隙率；
d
pore
为
GPF
径向过滤壁面孔隙直径
。3.
根据权利要求1所述的一种汽油机颗粒捕集器非均质动态扩展捕集模型建模方法，其特征在于，所述根据
GPF
颗粒物粒径分布，构建颗粒物粒径分布子模型，包括：利用高斯混合分布描述
GPF
入口颗粒物粒径分布，获取颗粒物粒径分布子模型
。4.
根据权利要求1所述的一种汽油机颗粒捕集器非均质动态扩展捕集模型建模方法，其特征在于，所述根据
GPF
内部温度，构建
GPF
温度分布子模型，包括：采用热传递函数描述
GPF
内部温度场状态，并将轴向温度分布转化为轴向距离
x
的函数
。5.
根据权利要求4所述的一种汽油机颗粒捕集器非均质动态扩展捕集模型建模方法，其特征在于，所述
GPF
温度分布子模型包括：温度分布子模型包括：温度分布子模型包括：温度分布子模型包括：其中，
T
g
为
GPF
内部尾气温度；
T
w
为
GPF
载体温度；
C
为单个孔道横截面周长；
h
为气体与载体间的对流传热系数；...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡志远，高鑫舜，谭丕强，楼狄明，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：