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防爆柴油机以其高效、安全的特性在矿井动力机械中被广泛使用,但其较高的CO和碳烟排放严重威胁井下工作人员的生命安全和身体健康。氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)和催化型颗粒捕集器(catalytic diesel particulate filter,CDPF)以其较高的转化效率和捕集效率、较低的排气压降成为目前降低CO和颗粒物排放的有效措施。因此,将其应用于防爆柴油机,并研究他们的工作特性及其对防爆柴油机排放性能的影响,对实现防爆柴油机与DOC+CDPF装置的匹配具有理论意义和实际应用价值。本文以某型防爆柴油为试验样机,首先进行防爆柴油机台架试验测试并分析了后处理装置(DOC+CDPF)对防爆柴油机性能的影响,同时量化了后处理装置的净化效率;为了充分发挥载体的利用率和提高载体使用寿命,运用FLUENT对DOC+CDPF进行流体仿真分析,通过流动均匀性衡量该装置的优劣,并提出优化方案,为后处理装置在防爆柴油机上的应用提供借鉴。1)简要介绍了后处理装置DOC和DPF的结构及工作原理,提供了后处理装置的选型方法。开展加装不同型号后处理装置和防爆单元的发动机台架试验,结果表明,DOC+CDPF能够降低燃油消耗,对防爆柴油机动力性无显著影响,提高了发动机的热效率,且不会产生较大的排气背压。加装该装置不会使防爆柴油机排放物增多,但其对CO和颗粒物有较高的捕集效率和转化效率,能够少量的降低NO_X的排放。2)针对试验过程中载体烧结、碳烟颗粒径向沉积不均匀的现象,运用FLUENT流体仿真软件对DOC+CDPF内部流场进行数值模拟,分析其内部压力、速度等分布,通过流动均匀性指数评价该装置的优劣。3)为了探究DOC内部组分输运与流速的关系,运用FLUENT软件对可燃性气体CO在DOC表面贵金属催化剂铂Pt的催化作用下的化学反应速率进行仿真分析,论证了DOC在该CO排放水平下使用的可行性。通过离散型模型探究颗粒物在多孔壁面上的沉积特性,结果表明,较大的入口速度使得颗粒物向孔道后端壁面沉积,造成排气压力增大。4)结合后处理装置的使用要求和国内外研究现状,通过对DOC+CDPF中结构不合理的区域进行优化设计,提出DOC+CDPF的改进设计方案。通过流体仿真对改进后的DOC+CDPF结构进行验证分析。结果表明,优化方案最大流速减小,出口质量流量增加,有利于减小排气背压,能量的损耗减少;气流的有效流动区域增加,有利于提高载体的利用率,缓减载体局部过热的状况,进而提高催化器的转化效率和延长使用寿命。