DPF再生及其颗粒物数量浓度排放性能的试验

第37卷（2019）第4期内 燃 机 学 报 Transactions of CSICEV ol.37（2019）No.4收稿日期：2018-09-25；修回日期：2019-01-27．基金项目：国家自然科学基金资助项目(51676167)；四川省科技厅青年科技创新研究团队资助项目(2017TD0026)；四川省教育 厅科研创新团队资助项目(17TD0035)；西华大学校重点科研资助项目(Z17101)． 作者简介：孟忠伟，博士，教授，E-mail ：mengzw@ ． 通信作者：方 嘉，博士，副教授，E-mail ：jiafang@ ．DOI: 10.16236/ki.nrjxb.201904043DPF 再生及其颗粒物数量浓度排放性能的试验孟忠伟1, 2，李鉴松2，秦 源2，杜雨恒2，蒋 渊2，方 嘉1, 2(1. 西华大学流体及动力机械教育部重点实验室，四川 成都 610039；2. 西华大学 汽车与交通学院，四川 成都 610039)摘要：基于柴油机颗粒捕集器(DPF )再生性能测试台架，研究了入口过渡段长度、再生温度和再生时间对其再生性能的影响，同时也探索了DPF 再生时出口颗粒物数量浓度排放性能的变化规律．结果表明：随着过渡段长度的增加，再生效率和效能比先保持不变，后逐渐降低，继而又趋于稳定，DPF 内部最高温度与最大温度梯度均呈逐渐降低的趋势．再生温度的增加会使再生效率和效能比先缓慢增加而后迅速增加，但DPF 内部最高温度和最大温度梯度呈线性增加的趋势．碳黑沉积较为均匀时，再生时间的增加能够在一定程度上提高再生效率，提高再生温度将会出现再生时间拐点，且随着再生温度的增加，再生时间拐点提前，拐点之后继续增加再生时间，再生效率增加量较小．DPF 出口颗粒物总数量浓度和粒径分布与其内部沉积的碳黑分布特性具有较大关系，无过渡段时，DPF 出口颗粒物总数量浓度呈先增加后减小的趋势，加装50cm 过渡段时，DPF 出口颗粒物总数量浓度逐渐减小．关键词：柴油机；柴油机颗粒捕集器；过渡段长度；再生性能；颗粒排放中图分类号：TK421.5 文献标志码：A 文章编号：1000-0909(2019)04-0329-08Experimental on DPF Regeneration and Outlet ParticleConcentration EmissionMeng Zhongwei 1, 2，Li Jiansong 2，Qin Yuan 2，Du Yuheng 2，Jiang Yuan 2，Fang Jia 1, 2(1. Key Laboratory of Fluid and Power Machinery ，Minitstry of Education ，Xihua University ， Chengdu 610039，China ；2. School of Automobile & Transportation ，Xihua University ，Chengdu 610039，China ) Abstract ：Based on the diesel particulate filter (DPF )regeneration performance testing bench ，the effects of inlettransition length ，regeneration temperature and regeneration time on the regeneration performance and particle emis-sion performance were studied. Results show that with the increase of transition length ，the regeneration efficiency and performance ratio remains the same first and then gradually decreases. The maximum temperature and the maxi-mum temperature gradient gradually decreases. When carbon black is deposited evenly ，increased regeneration time can improve regeneration efficiency to some extent ，and there is an inflection point at which the regeneration effi-ciency keeps the s ame when the regeneration time increas es. Meanwhile ，the regeneration temperature inflection point advances when the regeneration temperature increas es. Continued to increas e the regeneration time after the inflection point ，the increase of regeneration efficiency is small. In addition ，the concentration and diameter distri-bution of DPF outlet particles have a great relationship with the distribution characteristics of carbon black deposited inside. When the transition length is 0，the concentrations of emission particles increase firstly and then decrease. The diameter of emission particles shows double peak distributions. When the transition length is 50cm ，the con-centration of emission particles gradually decreases.Keywords ：dies el engine ；d ies el particulate filter (DPF )；trans ition length ；regeneration performance ；particleemission·330·内 燃 机 学 报第37卷 第4期柴油机以热效率高、燃油经济性好、可靠性高和动力性强的优点受到人们青睐[1]，但其颗粒物的排放却超标严重，限制了其应用．柴油机颗粒捕集器(DPF)是目前机外降低微粒物排放最有效的系统之一，其过滤效率可达95%以上[2]，欧洲已从2013年1月全面实施欧Ⅵ排放法规，对颗粒的质量和数量(PN)指标提出限制，强制要求柴油车加装壁流式DPF[3]．随着颗粒的不断沉积，DPF压降增加，影响发动机性能；此时需要加入能量脉冲以氧化燃烧捕集器中已沉积的颗粒物，实现DPF的再生[4]．DPF再生研究方面，Konstandopoulos等[5]研究发现，DPF中微粒层分布的不均匀性将影响DPF再生时的温度场分布．李志军等[6]通过建立柴油机颗粒捕集器加热再生仿真模型，分析沉积不均匀性对DPF加热再生的影响，得出灰分在壁面前段分布较多时再生速度最快．费腾等[7]通过仿真模型研究了碳烟对DPF再生中温度梯度的影响，当碳烟的分布趋于载体后端时，载体内温度梯度分布趋于均匀．然而，上述研究仅在数值模拟的基础上定性分析了载体的再生性能，对DPF内碳烟颗粒分布不均性的试验则鲜见报道．此外，由于DPF热再生时颗粒物的排放会严重超标，污染环境并影响人体健康．因此，再生时DPF 的颗粒排放特性成为目前的一个研究热点，国内外学者已开展了大量的研究．Millo等[8]研究发现，再生时DPF仍然保持较高的过滤效率，但以聚集态颗粒排放为主．Quiros等[9]研究发现，随再生时间的增加，出口颗粒从聚集态(100nm左右)逐渐减小至核模态(20～30nm)，且在再生期内其数量浓度基本保持不变．Rothe等[10]基于重型正常怠速再生试验发现，再生出口颗粒以聚集态颗粒(80nm左右)为主，出口颗粒数量浓度仅在再生初期和末期有小幅升高，而在其他再生阶段浓度基本保持不变．方弈栋等[11]研究了DOC＋DPF后处理系统对生物柴油发动机排气颗粒理化特性的影响，发现聚集态颗粒数量浓度降幅最高达99.4%，而核模态颗粒数量浓度降幅较聚集态颗粒低．上述研究为探索DPF的再生颗粒排放特性奠定十分重要的试验基础，但尚未考虑DPF内碳烟颗粒沉积分布差异对出口颗粒排放的影响．基于此，笔者采用不同的DPF入口过渡段长度来实现不同的碳黑沉积分布，并基于外加热源再生性能试验台架，研究了过渡段长度、再生温度和再生时间对DPF再生及其颗粒物数量浓度排放性能的影响规律，为研究DPF载体内部沉积分布特性对其再生性能的影响规律和控制DPF出口的颗粒排放提供参考．1试验装置与方法1.1试验材料试验用DPF载体材质为堇青石，采用Printex-U(PU)碳黑颗粒模拟真实碳烟颗粒，PU具有较高的碳元素(≥98%，EC)，且是一种常用的柴油机商用模拟碳黑[12-13]，其原生粒径为25nm，比表面积(BET)为100m2/g，挥发物含量为5%．表1为DPF的物理特性．表1DPF的物理特性Tab.1Physical properties of DPF参数数值长度/mm 151.2直径/mm 144.1孔密度/cm-2 15.5过滤面积/m2 1.32孔隙率/% 27.96孔径/µm 7.62孔道宽度/mm 2.20壁厚/mm 0.42 1.2碳黑加载装置碳黑加载装置由颗粒发生器、碳黑加载主体段和抽气部分组成，如图1所示．首先将碳黑填装入颗粒发生器，之后空气压缩机提供高压干燥空气，在流量调节阀的调节下，进入颗粒发生器，将其内部的碳黑扬起，在补气孔的补偿下保证颗粒发生器内外压力相同，形成气溶胶；最后经过工业吸尘器的抽吸，气溶胶进入DPF主体段，使得颗粒在DPF内沉积，实现颗粒的加载．在DPF入口处添加不同长度的过渡段，使得碳黑在DPF内部实现不同的沉积分布，其长度范围为0～50cm．图2为DPF加载碳黑前、后的对比．通过改变过渡段的长度实现载体内部不同图1碳黑加载装置示意Fig.1Schematic of carbon black loading bench图2DPF加载碳黑前、后对比Fig.2Contrast of DPF without carbon black loading andDPF with carbon black loading2019年7月 孟忠伟等：DPF 再生及其颗粒物数量浓度排放性能的试验 ·331·的碳烟颗粒沉积分布． 1.3 外加热源再生台架图3为再生性能测试台架示意．主要由流量控制器(莱峰 LF400)、电加热器(Leister 10000DF )、压力传感器(Omega PX409)、再生主体段和数据采集程序组成．空气经空气压缩机压缩和过滤器过滤后，形成高压、干燥气体，在流量控制器的控制下，达到试验所设定的流量；再经过电加热器加热，升到试验设定的温度，之后高温气体进入再生主体段使得DPF 再生．DPF 再生时的温度场和压降变化数据由温度传感器和压力传感器测量，由采集程序进行采集和控制，并在线显示和存储．采用快速微粒频谱仪(DMS500MKII )插入排气管出口处对尾气中的颗粒物进行采样．图3 再生性能测试台架示意Fig.3 Schematic of the regeneration test bench1.4 数据处理试验设定的DPF 碳黑加载量为5g/L ，来流空气质量流量为16.8g/s ，来流氧体积分数为21%(压缩空气)，温度变化范围为500～575℃，高温持续时间(再生时间)为250～3000s ．选取K 型热电偶测试DPF 内部温度，载体内部共有14个温度测点．直径35mm 处沿轴向均匀分布5个测点；在直径为72、95 和120mm 处分别有3个测点，共9个测点，具体分布如图4所示．下标0～1代表DPF 轴向上X /L 的比值．其中T 35-1表示在直径为35mm 、出口末端1.00位置处的温度，其他的温度以此类推．（a ）测点轴向分布 （b ）测点径向分布图4 DPF 内部测试温度示意(长度单位：mm ) Fig.4 Temperature measuring points inside DPF 分析再生性能时，定义效能比和再生能耗为in=Q ηε (1)in m 10=d ∫tp t Q C q T -T t （） (2)式中：η为再生效率，用称重法得到再生前和再生后的质量，除以初始沉积量得到再生效率η；Q in 为再生能耗；C p 为定压比热容；q m 为来流质量流量；T 1为DPF 入口温度；T 0为来流初始温度；t 为加热器加热时间．笔者选取的试验工况如表2所示．表2 再生试验工况Tab.2 Experimental conditions for regeneration tests工况过渡段长度/cm再生温度/℃再生时间/s1 0 500 10002 0 525 10003 0 550 10004 0 575 1000 5 50 500 1000，250～30006 0～50 525 1000，250～30007 50 550 1000，250～30008 50 575 1000，250～30002 试验结果与讨论图5为颗粒发生器出口处粒径分布．为了使颗粒发生器出口处颗粒的粒径、浓度与发动机实际尾气颗粒物相接近，调节颗粒发生器参数，运用快速微粒频谱仪(DMS500MKII )测量颗粒发生器出口处粒径分布，与真实柴油机粒径较为吻合[14]．图5 颗粒发生器出口处粒径分布Fig.5Distribution of particle size on the outlet of theparticle generator2.1 过渡段长度对DPF 再生性能的影响 2.1.1 过渡段长度对DPF 再生温度场的影响采用不同过渡段长度(0～50cm )加载碳黑，在工况6下进行DPF 再生，试验得到的DPF 内部最高温度如图6所示．选取了过渡段分别为0cm 和50cm 条件下DPF 再生时内部温度场作为对比，如图7所示．图6中，无过渡段时DPF 内部出现温度波峰，而50cm 过渡段时，DPF 内所有测点均未出现温度波·332·内 燃 机 学 报第37卷 第4期峰．试验发现，DPF内部最高温度出现的位置均在DPF出口的末端中心位置，即T35-1的温度值．当过渡段长度为0时，DPF内部最高温度最大；当过渡段长度为10～30cm时，随着过渡段长度的增加，DPF 再生过程中的温度波峰逐渐减小；当过渡段长度增加到40cm后波峰消失．图7中，在加载碳黑时发现，无过渡段条件下加载碳黑时，碳黑倾向于沉积在中心通道区域；而用过渡段为50cm加载时，碳黑在DPF 内部的沉积则相对均匀．DPF再生时，前端中心区域的碳黑氧化释放的热量沿气流方向向后传递并聚集，当传递的能量达到一定程度后，使得DPF后端沉积碳黑剧烈燃烧而在末端中心出现局部高温(T35-1)．来图6过渡段长度对DPF内部最高温度的影响Fig.6Effect of transition lengths on DPF internal maxi-mum temperature（a）无过渡段（b）过渡段长度为50cm图7过渡段长度对DPF内部温度场的影响Fig.7Effects of transition lengths on DPF internal tem-perature field 流流入DPF载体的入口端面过程中，通过增加入口端与DPF载体之间过渡段的长度进而减小过渡锥角，可以减少气流产生的回流波动，其间的过渡越好，载体的流场均匀性越好[15-16]．随着过渡段长度的增加，导致DPF入口流场改变，一方面，使得气溶胶颗粒能够有更充分的时间混合，从而气溶胶颗粒浓度更为均匀；另一方面，过渡段长度增加使得DPF入口端面上的径向速度分布更趋于一致．两方面原因导致DPF载体内部沉积的碳黑在径向上的分布逐渐趋于均匀．当过渡段长度从10cm增加到30cm，其DPF内部最高温度逐渐降低，也说明了其内部沉积颗粒在径向上逐渐趋于均匀．当过渡段长度达到40cm或50cm时，气溶胶颗粒混合更为充分，DPF 中心和边缘部分沉积的碳黑更为均匀，因而再生时DPF内部没有出现明显的热量累积现象(局部高温)，导致温度波峰消失．2.1.2过渡段长度对DPF再生性能的影响过渡段长度对DPF再生性能的影响如图8所示.加装0和10cm过渡段时再生效率和效能比基本一致，说明过渡段长度为10cm时不足以改变DPF入口流场而改变其内部的碳黑沉积分布．当过渡段长度为20～40cm时，随着过渡段长度的增加，再生效率和效能比逐渐下降．可知，过渡段长度的增加可使DPF内部的碳黑沉积发生变化，中心和边缘区域碳黑分布会逐渐趋于一致，中心区域的颗粒沉积量减少，导致再生效率下降．当过渡段长度为40cm和50cm时，碳黑颗粒沉积分布情况的差异很小，所以再生效率和效能比基本相同，这与DPF内部最高温度的变化特征相一致．当过渡段长度为0和10cm 时，DPF中心区域沉积的碳黑颗粒多，再生的DPF内部最高温度较高(局部温度较高)，导致再生效率和效能比较高；随着过渡段长度的增加，使得DPF内部碳黑沉积逐渐趋于均匀，再生时无局部高温出现，从而导致再生效率和效能比逐渐下降．随着过渡段长度的增加，DPF内部最高温度和最大温度梯度逐渐下降．过渡段长度由0增至50cm时，DPF内部最高温度由745℃降为547℃，最大温度梯度从8805℃/m 降至2010℃/m．DPF内部最高温度主要由颗粒氧化放热速率和对流散热速率两方面因素决定[17]，加载时随着过渡段长度增加，DPF中心区域碳黑颗粒沉积量减少，使得DPF再生时颗粒氧化放热速率减小．而来流流量不变，DPF再生过程中对流散热速率保持不变，从而导致DPF内部最高温度和最大温度梯度逐渐降低．2019年7月孟忠伟等：DPF再生及其颗粒物数量浓度排放性能的试验 ·333·（a）DPF再生效率和效能比（b）DPF内部最高温度和最大温度梯度图8过渡段长度对DPF再生性能的影响Fig.8Effect of transition lengths on the DPF regenera-tion performance2.2过渡段长度为50cm时DPF的再生特性入口过渡段的长度会在一定程度上影响DPF载体内部碳黑的沉积分布，由于非均匀沉积的情况较多，定义较为复杂，笔者选取均匀沉积(过渡段长度为50cm时)的DPF再生特性进行研究．2.2.1再生温度对DPF再生温度场的影响图9为选用工况5～工况8分析DPF内部碳黑颗粒分布较为一致时，不同再生温度对DPF再生温度场的影响．在升温阶段和恒温阶段的载体最高温度曲线变化趋势一致，壁面也未出现温度波峰．在较高的入口温度(575℃)再生时，载体内部也未出现局部高温．图10为575℃再生时DPF内部温度场．在整个升温和恒温再生阶段中，DPF内部各测点均未出现温度波峰，说明均匀沉积后再生有利于避免DPF 高温烧裂而发生破坏．图9不同再生温度对DPF温度场的影响Fig.9Effect of different regeneration temperatures on DPF temperature field图10再生温度为575℃时DPF内部温度场Fig.10DPF internal temperature field with the regenera-tion temperature of 575℃2.2.2再生温度对DPF再生性能的影响图11为再生温度对DPF再生性能的影响．随着再生温度的增加，再生效率和效能比在再生温度大于525℃后增加明显；在575℃时，再生效率达到93.6%．DPF内部碳黑沉积较为均匀时，再生温度的增加使得碳黑氧化速率加快，相同时间内有更多的碳黑燃烧释放能量，从而再生效率增加．同时，其效能比也相应增加．此外，525℃以上再生时有利于碳黑颗粒在DPF内部的氧化，也利于热量的迅速累积，使得再生效率和效能比迅速增加(图11a)．随着再生温度的增加，DPF内部最高温度和最大温度梯度近似呈线性增加．其原因主要是再生温度的增加使得DPF内部最高温度增加，同时使得温度梯度也相应增加(图11b)．（a）DPF再生效率和效能比（b）DPF内部最高温度和最大温度梯度图11再生温度对DPF再生性能的影响Fig.11Effect of different regeneration temperatures on the DPF regeneration performance·334·内 燃 机 学 报第37卷 第4期2.2.3再生时间对DPF再生温度场的影响为进一步探索DPF均匀沉积时的再生特性，研究了不同再生时间时DPF的再生性能．图12为工况7条件下再生时间为250～3000s 时的DPF内部最高温度．再生时间对DPF壁面最高温度无明显影响，整个再生持续过程中未出现温度波峰，选取再生时间为3000s，其DPF内部温度场情况如图13所示，各个测点并未随再生时间的增加出现明显的波动．可见，在碳黑颗粒加载量一定且沉积分布均匀时，DPF内部不会出现局部碳黑剧烈氧化燃烧的情况，无温度波峰出现，也说明了本试验具有较好的重复性．图12不同再生时间时的DPF内部最高温度Fig.12Internal maximum temperature of DPF at differ-ent regeneration times图13再生时间为3000s DPF内部温度场Fig.13DPF internal temperature field with the regenera-tion time of 3000s2.2.4再生时间对DPF再生效率的影响选取工况5～工况8共4种工况，得到不同再生温度时再生时间(250 ～3000s)对DPF的再生效率影响规律，如图14所示．当再生温度为500℃时，再生效率随再生时间的增加而缓慢增加，其再生效率与再生时间近似呈线性关系．说明均匀沉积时，缓慢氧化条件下，DPF内部的碳黑氧化再生效率与再生时间近似呈正比．当再生温度为525℃时，再生效率同样随再生时间增加而增加；在2500s之后，增长趋于平缓，再生效率达到了60%以上．再生温度为550℃时，再生时间为1500s及以下时再生效率迅速增加，1500s之后随着再生时间的增加，增长趋于平缓(再生效率达到80%以上)；相比再生温度为525℃时，再生效率增长的时间拐点(再生时间拐点)提前．当再生温度为575℃时，再生效率的变化趋势与550℃时的变化趋势较为一致，在1000s左右出现再生效率的增长拐点，此时的再生效率已达到93.6%，继续增加再生时间，对再生效率的影响不大．这是由于DPF中心和边缘区域沉积的碳黑分布较为一致时，碳黑的氧化和燃烧具有较强的规律性．当再生温度为500℃和525℃时，碳黑缓慢氧化，随着再生时间的增加，再生效率逐渐升高．当再生温度较高(550℃及以上)时，单位时间内投入的能量更多，使得碳黑氧化速率增加，DPF内的碳黑在短时间内就可以迅速氧化燃烧，达到较高再生效率．此后继续增加再生时间，由于DPF载体内部剩余的碳黑较少，热量累积效应降低，导致再生效率增加趋势放缓．此外，由于边缘区受再生时散热的影响，边缘温度相比中心区温度偏低，从而使得边缘区沉积的颗粒需要更高的再生温度才能完全将其再生．图14不同再生温度和再生时间对DPF再生效率的影响Fig.14Effect of different regeneration temperature and regeneration time on DPF regeneration efficiency 2.3DPF再生出口颗粒物总数量浓度及粒径分布笔者还探索了DPF内不同碳黑沉积分布对其再生时的出口颗粒物总数量浓度和粒径分布情况．图15a为无过渡段时(工况1～工况4)DPF出口颗粒物总数量浓度及粒径分布特性．当过渡段长度为0时，DPF出口颗粒物粒径呈双峰分布，500℃时峰值粒径分别为8nm和205nm，其峰值浓度分别为2.5×107/cm3和3.5×105/cm3；525℃时峰值粒径分别为10nm和178nm，其峰值浓度分别为5.7×107/cm3和7.6×106/cm3；550℃时峰值粒径分别为7nm和154nm，其峰值浓度分别为 1.7×108/cm3和9.6×106/cm3；575℃时峰值粒径分别为6nm和205nm，其峰值浓度分别为3.1×108/cm3和5.5×108/cm3．可见，DPF出口颗粒物总数量浓度随着再生温度的增加而增加．图15b为50cm过渡段(工况5～工况8)时DPF出口颗粒物总数量浓度的粒径分布特性．当2019年7月孟忠伟等：DPF再生及其颗粒物数量浓度排放性能的试验 ·335·过渡段长度为50cm时，DPF出口颗粒物粒径也呈双峰分布，500℃时峰值粒径分别为18nm和205nm，峰值浓度分别为1.1×107/cm3和1.3×107/cm3；525℃时峰值粒径分别为15nm和133nm，峰值浓度分别为7.5×106/cm3和1.6×107/cm3；550℃时峰值粒径分别为24nm和133nm，峰值浓度分别为1.7×107/cm3和1.9×107/cm3；575℃时峰值粒径为24nm 和115nm，峰值浓度分别为2.3×107/cm3和3.0×107/cm3．可见，DPF出口颗粒物总数量浓度同样随着再生温度的增加而增加．对比图15a和15b可以看出，无过渡段时，DPF再生时的局部高温容易产生10nm左右的颗粒物，且数量较大，达到 3.1×107/cm3；而有过渡段(50cm)时，DPF在整个再生过程未出现温度波峰，从而使得其出口颗粒物以聚集态的颗粒为主，且数量浓度较低，最高仅为3.0×107/cm3，浓度相差一个数量级．这是由于当过渡段为0时，DPF内部有温度波峰出现，且DPF内部最高温度随着来流温度的增加而增加，相同时间内，有更多碳黑燃烧，裂解为小颗粒从DPF中逃逸，以10nm左右颗粒物为主．而添加50nm过渡段时，其内部由于碳黑的沉积较为均匀，无温度波峰出现，团聚状的颗粒物不能大量裂解为10nm左右的核模态颗粒，以聚集态为主，随着来流温度的增加，一方面，来流的黏度系数增加；另一方面，碳黑燃烧的速率增加，使得相同时间内DPF出口颗粒物总数量浓度增加．（a）无过渡段（b）过渡段长度为50cm图15DPF再生出口颗粒总数量浓度和粒径分布Fig.15Particle total concentration and diameter distri-bution of DPF outlet上述结果仅仅揭示了温度对DPF出口颗粒物总数量浓度的影响，不能显示整个再生期间颗粒物数量浓度排放特性．选取再生温度为550℃的整个再生过程(工况3和工况7)，研究其再生过程中颗粒物数量浓度排放的变化，如图16所示．图16a中，随再生时间的增加，DPF出口颗粒物总数量浓度呈先增加后减小趋势．再生初期颗粒物总数量浓度先增加，在300～400s达到最高，该时间也是开始出现局部高温(温度波峰)的时刻．随着再生时间的增加，颗粒物总数量浓度逐渐降低．添加过渡段长度为50cm时，DPF出口颗粒物浓度随着再生时间的增加呈现逐渐减小的趋势．再生初期(0～100s)颗粒物总数量浓度最高，而后随着再生时间的增加，颗粒物总数量浓度逐渐降低．这是由于随着再生时间的增加，载体内部温度逐渐升高到再生温度(550℃)．过渡段长度为0时，由于DPF内部颗粒层的逐渐氧化燃烧，能量聚集到一定程度后会出现温度波峰(300～400s)，温度波峰的出现使得颗粒层结构发生巨大变化，大量颗粒物在剧烈燃烧时裂解成小粒径的颗粒物而逃逸出来，导致10nm左右的颗粒物总数量浓度迅速增加，形成波峰．楼狄明等[18]研究发现，10nm左右的颗粒穿透能力较强，容易逃出壁面微孔，进入大气形成二次污染．（a）无过渡段（b）过渡段长度为50cm图16不同过渡段时550℃条件下 DPF再生出口颗粒物总数量浓度和粒径分布Fig.16Particle total concentration and diameter distri-bution of DPF outlet at different transition lengthwith the regeneration temperature of 550℃·336·内 燃 机 学 报第37卷 第4期随着再生过程的进行，DPF中沉积的碳黑颗粒减少且温度波峰消失后，DPF内部温度降低，使得碳黑颗粒燃烧速率降低，从而DPF出口核模态和聚集态颗粒物浓度均开始下降．而加装了50cm过渡段之后，DPF内部温度场未出现波峰，碳黑颗粒的氧化过程较为缓慢，因而大部分颗粒并未在燃烧过程中裂解成小粒径的颗粒物，所以出口颗粒物以聚集态为主．再生初期时其颗粒沉积量较大，高温来流黏度较大，容易带走部分已沉积但黏附力较弱的颗粒．随着再生的进行，沉积量逐渐降低，被高温气流带出的颗粒物总数量浓度也逐渐降低．对比图16a和图16b可知，在400s以后，均匀沉积(50cm)时的DPF出口聚集态颗粒峰值浓度(154～205nm)大于非均匀沉积(0cm)的DPF出口颗粒数量峰值浓度．说明颗粒在DPF内部缓慢氧化时，聚集态颗粒更容易因缓慢氧化而被高温来流带出DPF，形成二次污染．3结 论(1)随着过渡段长度的增加，再生效率和效能比先保持不变，之后逐渐降低，继而又趋于稳定；DPF 内部最高值温度与最大温度梯度均呈逐渐降低的趋势.(2)随着再生温度的增加，再生效率和效能比先缓慢增加而后迅速增加，DPF内部最高温度和最大温度梯度呈线性增加的趋势．(3)碳黑沉积较为均匀时，再生时间的增加能够在一定程度上提高再生效率；提高再生温度将会出现再生时间拐点，且随着再生温度的增加，再生时间拐点提前，拐点之后继续增加再生时间，再生效率增加量较小．(4) DPF出口颗粒物总数量浓度和粒径分布与其内部沉积的碳黑分布特性有较大关系，其出口颗粒物呈双峰分布；随着再生时间增加，无过渡段时，DPF出口颗粒物总数量浓度呈先增加后减小的趋势，以核模态颗粒为主；加装50cm过渡段时，其出口颗粒物总数量浓度逐渐减小，以聚集态颗粒为主．参考文献：［1］李向荣，张薇，王长园，等. 柴油机密集喷雾特性研究[J]. 内燃机学报，2008，26(6)：513-518．［2］Yu 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