随着国家对柴油机排放相关法规日益严格,研究人员致力于通过研究相应废气后处理技术以改进内燃机的排放特性。柴油机颗粒捕集器DPF(Diesel Particular Filter)具有结构简单、成本低和效率高等特点,被认为是捕集排气碳烟颗粒物PM(Particulate Matter)最有效的手段。DPF仅可容纳有限的PM,需进行相应再生处理以恢复捕集能力。目前,主要通过提高发动机排气温度氧化PM而实现DPF再生,然而DPF孔道碳烟分布产生背压及其再生过程产生高温对固体的热损坏成为DPF应用中的难点。因此,有必要对DPF主动再生过程中速度场、压力场、温度场及其相关性进行系统研究。首先,基于主动再生实际物理过程建立一维和三维耦合模型,开展DPF不同碳负载量再生过程数值模拟研究,重点分析不同载荷量对流体速度、多孔介质捕集效率及孔道温度和压降影响规律。研究结果表明:碳负载量增大,再生温度和压降升高,压降呈双峰分布,而再生时间变化较小;壁面渗透率增大,压降峰值与多孔介质的捕集效率大幅度降低;进气流量提高,颗粒氧化反应差异性和再生温度降低,再生时间缩短;其次,基于流体力学、热力学及固体力学理论,建立流-热-固三维耦合模型,开展DPF再生过程流固热耦合模拟研究,分析再生过程中多孔介质固体域的温度分布与应力,应变分布,揭示不同载荷量,进气流量,渗透率对多孔介质固体应力应变的影响规律。研究结果表明:再生过程中,热应力主要分布于两端堵头的边界,而形变主要分集中在两端堵头位置固体中心区域;相同碳负载量下,适当增大进气流量,可减小局部热应力,抑制形变趋势;渗透率增大,热应力提高,固体形变量增大。最后,开展再生过程中产生的压降峰值与热应力峰值的多因素灰色关联度研究,分析了不同参数对压降峰值与热应力峰值的影响性。结果表明:再生过程中进气流量对压降影响较显著,而碳负载量则对热应力的影响较大;此外,灰色关联度分析方法可进一步用于再生方案的设计与优化。