柴油发动机由于其优良的动力性、可靠性和燃料经济性能，而得到广泛应用。然而柴油机所存在的排放污染问题，对其应用和发展造成了限制。特别是柴油机颗粒物质的排放污染，已经引起各国政府和公众的关注。根据香港政府对改进轻型柴油车辆颗粒排放的要求，香港理工大学设计了一种以不锈钢丝纤维作为过滤材料的过滤器，用作柴油机颗粒后处理器。这种过滤器安装简单，成本低廉，并具有比较理想的过滤效果。本课题对这种形式的颗粒过滤器从理论模型和试验验证两个方面进行了研究，深入分析了柴油机排放的颗粒特性、过滤器过滤效率和压降的影响因素，总结了过滤器的工作特性，提出了过滤器的优化设计原则。 研究工作的主要内容如下： (1)在“纤维交错排列矩阵”的假设基础上，建立了“充分发展的周期性流动”计算模型。提出了数值计算求解了模型过滤器内部流场、颗粒轨迹和单纤维收集效率的算法。 (2)按照计算模型的假设条件，制作了与计算模型参数相近的模型过滤器。结合现有的试验设备和相关文献提出的理论和经验，设计了柴油机排气的采样系统、稀释系统和颗粒尺寸分析系统。 (3)试验采用两级喷射式稀释系统、SMPS和APS尺寸分析仪器，采样并测量了柴油机在不同工况(台架试验)条件下，模型过滤器上游和下游的颗粒粒数浓度分布。试验还测量了排气温度、流经过滤器的压降以及模型计算需要的计算条件。 (4)应用过滤器模拟模型，计算了0.015～0.67μm尺寸范围区间上，颗粒尺寸分布的收集效率，并将模拟计算与试验结果进行了比较。通过计算模型的参数分析，讨论了尺寸分布的收集效率随排气温度、流速(亦即柴油机转速、负荷)的变化关系。计算还比较了模拟模型在考虑颗粒在纤维表面的沉积效应和不考虑沉积效应两种情况下，尺寸分布上收集效率的变化，讨论了颗粒的沉积效应对收集效率的影响。根据模型分析，提出了将颗粒尺寸分布函数和过滤器总效率相关联的计算公式，从而在过滤器总效率计算中引入了颗粒尺寸分布的影响。 (5)计算模型预测了流经过滤器的压降，并通过与测量数据比较，分析了影响过滤器压降的因素。浙江大学博士学位论文应用于柴油机颖粒的不锈钢丝过滩器的理论模型与实验研究与以往的研究工作相比较，本文的主要创新点如下:(l)突破了过去对矩形截面(或非圆形截面)纤维研究的局限。在流场计算中 引入了更合理而细致的网格剖分;利用数值模拟计算的特点，在颗粒捕集 过程的计算中，考虑了所有主要的颗粒捕捉机制:布朗扩散、直接拦截和 惯性碰撞的共同作用，改进了以往单独考虑各个捕捉机制的研究方法。使 计算模型能够适应对颗粒尺寸区间上的计算，从而更准确地对过滤器进行 分析。(2)设计了结构形式紧凑，使用方便的柴油机排气的采样系统和稀释系统。对 柴油机不同工况下所排放颗粒的尺寸分布进行了测量。并深入分析了柴油 机颗粒尺寸分布的概率密度特征。(3)在过滤器的收集效率分析中，引入了对颗粒尺寸分布这一影响因素的分析， 提出了更为合理的过滤器总效率计算公式。为改进过滤器设计、提高过滤 器收集效率以及对柴油机不同运行工况的适应性，提供了依据。(4)在模型修正中，提出了对颗粒在纤维表面沉积过程的模拟计算方法。并分 析了颗粒的沉积效应对过滤器收集效率的增强作用。为以后进一步对过滤 器容尘能力、再生周期等进行定量分析，提供了依据。 本文的研究结果证明，颗粒的尺寸分布是影响过滤器总效率的重要因素。在不同的柴油机转速和负荷下，颗粒尺寸分布的变化将影响各种颗粒捕捉机制(主要是布朗扩散机制或惯性碰撞机制)的作用形式的相对强弱，进而对过滤器的收集效率产生影响。颗粒尺寸分布上，几何中径所对应的收集效率对过滤器总收集效率影响最大，因此提高过滤器的收集效率的关键，是提高过滤器对与几何中径对应的颗粒的收集效率。关键词颗粒过滤器，柴油机后处理器，计算模型，过滤效率，颗粒尺寸分布。