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柴油机排放颗粒是主要的大气污染物之一,对生态环境和人体健康造成较大危害。我国第六阶段污染物排放法规,对排放颗粒的质量（PM）和数量（PN）均提出了更加严格的要求与限值。在柴油机排气过程中,颗粒经历了碰撞凝并、冷凝吸附等过程,导致颗粒的形貌和尺寸分布发生变化,直接影响了柴油机颗粒数。颗粒的碰撞、凝并等过程是气流与颗粒间作用力共同的结果,与排气压力、气流速度和温度等环境条件有关。开展柴油机排气过程对颗粒形貌与力学特征的研究,对于揭示颗粒凝并过程具有一定的学术价值,为优化柴油机颗粒捕集器（Diesel Particle Filter,DPF）的结构,降低柴油机排放颗粒数提供依据。论文以柴油燃烧形成颗粒的形貌与力学特征为研究对象,采用扫描电镜、透射电镜和原子力显微镜等仪器,对颗粒的形貌、微观结构以及力学等特征参数进行测量,并对上述特征参数的变化规律进行了分析。建立了CFD-DEM碰撞仿真模型,探讨了柴油机排气环境参数的变化过程和排气阶段颗粒碰撞过程的动力学特征参数的变化规律。主要研究工作如下:搭建柴油机试验台架,采集不同负荷、转速以及排气温度时的颗粒,运用扫描电镜,对颗粒的微观形貌、粒径分布和计盒维数等参数进行测量计算。应用高倍透射电镜,对颗粒的层面间距、微晶尺寸以及弯曲度等参数的变化规律进行分析。结果表明,柴油机负荷增大,团簇状颗粒明显增加,颗粒的排列结构更紧凑,颗粒的平均粒径和计盒维数均增大;颗粒的平均微晶尺寸增大,层面间距和弯曲度均呈减小的趋势。柴油机转速增大,颗粒链长增加,颗粒的计盒维数增大;颗粒的微晶尺寸减小,平均层面间距和弯曲度增大,但增大幅度不明显。排气温度降低,颗粒的平均粒径和计盒维数增大;颗粒的微晶尺寸减小,平均层面间距和弯曲度增大。采用原子力显微镜,分析了柴油机在不同工况运转时颗粒的吸附力、黏附力和黏附能等力学特征参数的变化规律。结果表明,随着负荷的增大,颗粒的吸附力、黏附力以及黏附能均增大;吸附力的分布不同,主要分布在1.33.5nN范围内;黏附力的分布范围逐渐趋向于更高的值并且分布更宽。随着转速的增加,颗粒的吸附力、黏附力和黏附能均呈增大趋势;黏附力主要分布在1324nN范围内,黏附能主要分布在8×10-1720×10-17J范围内。随着排气温度的降低,颗粒间的吸附力、黏附力以及黏附能增大;吸附力分布范围逐渐变窄,分布在1.54.0nN范围内;排气温度的降低,颗粒的粘附性增强,团聚程度更明显,颗粒间黏结作用更稳定。应用Fluent软件,建立排气道模型,对排气过程中的压力、流速等环境参数的变化规律进行了模拟分析。结果表明,在排气道弯管处,压力较高;沿排气门到气道口的方向,压力逐渐减小;排气门打开后,气流在弯管处的速度达到最大;气流在撞击气道外侧的壁面后,运动方向发生反弹。结合相似理论和碰撞仿真模型,对柴油机气道出口处颗粒的碰撞进行了模拟,分析了柴油机不同排气压力、气流速度和粒径时,颗粒的动力学特征参数的变化规律。结果表明,当流速一定、粒径相同时,排气压力越大,颗粒的角速度、湍动能和转矩整体呈上升趋势,颗粒的法向/切向碰撞力越大;当压差一定、粒径相同时,气流速度越大,颗粒在惯性等作用下,运动速度增大,颗粒的法向/切向碰撞力增大,角速度、湍动能和转矩增大较为明显。随着粒径的增大,颗粒的角速度、旋转湍动能、转矩、法向/切向碰撞力增大。柴油机转速和负荷增大、排气温度降低,颗粒的碰撞动力学参数增大,对减少排气颗粒数起着重要作用。研究工作表明,柴油机排气过程对颗粒的形貌、力学特征以及碰撞过程有重要影响。增大排气压力、气流速度等环境参数,使得颗粒碰撞更为频繁;降低排气温度,颗粒的吸附力与黏附力增大,颗粒团聚更为紧密,有利于降低颗粒的排放数量。