微粒捕集器过滤体复合再生与多场协同机理及其优化研究

本项目基于场协同理论，采用数值仿真优化与实验相结合的方法，在研究适量铈-锰基添加剂对微粒在过滤体内起燃温度及其分布影响基础上，辨析微波加热和铈-锰基添加剂的复合再生方式下微粒捕集器过滤体复合再生与多场协同机理，确保流场、温度场、电磁场、浓度场与复合再生过程协同一致，强化微粒捕集器过滤体复合过程传热传质以及微粒燃烧作用，并在此基础上提出优化机制，以期能实现降低微粒的起燃温度和电能的消耗，提高微波能的利用率和再生效率，从而提出一种能提高微粒捕集器过滤体的再生效率、再生速率，扩大其再生窗口，并延长其使用寿命、减少能源消耗的复合再生与多场协同的复合再生理论。课题研究成果不仅对柴油机排放控制具有重要的理论与应用价值，而且对治理移动污染源、保护环境具有重要的参考价值。

对于解决柴油机微粒排放问题最有效的微粒捕集器而言，现有的单一再生方式不能持续有效地实现微粒捕集的有效再生。而采用微波与铈-锰基添加剂相结合的复合再生方式为实现微粒捕集的持续有效再生提供了新思路。为此，本项目在研究适量铈-锰基添加剂对微粒在过滤体内起燃温度及其分布影响基础上，建立了微粒捕集器过滤体复合再生过程中各种内场(如气相流场、粒相流场、浓度场、温度场等)及外场(电磁场)之间关系的多场协同数学模型，辨析微波加热和铈-锰基添加剂的复合再生方式下微粒捕集器过滤体复合再生与多场协同机理，确保流场、温度场、电磁场、浓度场与复合再生过程协同一致，强化微粒捕集器过滤体复合过程传热传质以及微粒燃烧作用，并在此基础上以微粒捕集器过滤体再生效率、压力损失、质量以及抗热冲击性能为目标函数建立多学科设计优化模型，提出了基于多场协同的微粒捕集器过滤体复合再生过程优化机制，可较好实现降低微粒的起燃温度和电能的消耗，提高了微波能的利用率和再生效率，并提出了一种能提高微粒捕集器过滤体的再生效率、再生速率，扩大其再生窗口，并延长其使用寿命、减少能源消耗的复合再生与多场协同的复合再生理论。. 目前本项目组已在《Applied Thermal Engineering》、《Canadian Journal of Chemical Engineering》、《Environmental Progress & Sustainable Energy》、《Atmospheric Pollution Research》和《Journal of Central South University》上发表SCI论文7篇，在《内燃机学报》等国内知名学术期刊上发表EI收录论文10篇，作为国际学术会议的组委会主席组织国际学术会议1次，授权发明专利1项，培养博士生3名，培养硕士生5名，正在培养博士生和硕士生各1名。此外，本项目组还与加州州立大学Da Ming Zhang教授和新加坡国立大学Wen Ming Yang教授等就柴油机微粒捕集器复合再生机理辨析开展合作研究3年，合作发表学术论文4篇，并和Da Ming Zhang教授联合培养博士生左青松，和Wen Ming Yang教授联合培养博士生刘腾。. 项目研究成果不仅对柴油机排放控制具有重要的理论与应用价值，而且对治理移动污染源、保护环境具有重要的参考价值。