メタルハニカムによるディーゼル微粒子の処理と内部構造の最適化

金属蜂窝处理柴油颗粒物及内部结构优化

基本信息

批准号：
17760162
负责人：
山本和弘
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760162/
关键词：
数値解析ディーゼル微粒子格子ボルツマン法すす燃焼

项目摘要

ディーゼル車はガソリン車に比べると燃費がよいため,ヨーロッパを中心にその利用が増加している.しかしながら,ディーゼル車の排気ガスに含まれるすすなどの粒子状物質(PM)には発がん性があり,また,花粉症などの健康被害も懸念されている.そのため,東京都など都市部を中心に自動車の排出ガス規制が強化され,基準を満たさないトラックやバスなどのディーゼル車は新規登録ができないなどの対策がとられている.このディーゼル微粒子の対策として,コージェライトや炭化ケイ素からなる多孔質のフィルター(Diesel Particulate Filter, DPF)により排気ガス中のPMを吸着・除去する方法が開発された.しかし問題点として,フィルター内にPMが捕集されると,次第に排気圧力が増大して燃費が悪化し,最悪の場合エンジン停止に至ることが報告されている.したがって現状のフィルターは,ある程度PMが捕集された時点でフィルター自体を交換するか,PMを焼却する過程(フィルターの再生過程)が必要となっている.そこで本研究では,構造が単純で熱処理が可能なメタルハニカムについて検討した.既に3次元のX線CT法により撮影したNiCrの多孔体金属の画像から構造を分析し,その内部構造を数値解析に用いることによりメタルハニカム内の流れを調べた.解析手法には多孔体の流れに適した格子ボルツマン法(Lattice Boltzmann Method)を用い,ハニカム内の流れ,反応,拡散を考慮した流れ数値シミュレーションを行った.また,すす粒子によるフィルターの目詰まりを防ぐため,すす粒子を含む排気ガスの流れを模擬し,メタルハニカムによるすす粒子の焼却処理を検討した.フィルター内部の温度を変化させたときのすすの燃焼反応を調べた結果,すすを焼却処理するために必要なフィルター壁の温度や排気ガス中の酸素濃度などの条件が明らかとなった.

柴油汽车比汽油汽车更省油，因此其使用量正在增加，特别是在欧洲。然而，柴油汽车尾气中含有的烟灰等颗粒物（PM）具有致癌性，也存在对健康危害的担忧。如花粉热。汽车尾气排放法规主要在东京等城市地区收紧，并采取了禁止新注册不符合标准的卡车和公共汽车等柴油车辆等措施。作为针对柴油颗粒物的措施，堇青石A多孔材料碳化硅过滤器（柴油颗粒过滤器，人们已经开发出一种利用DPF（DPF）从废气中吸附和去除PM的方法，但问题是，当PM被捕获在过滤器中时，排气压力逐渐增加，燃油效率恶化，并且在最坏的情况下它已经发生。据报道，这可能导致发动机停机。因此，对于当前的过滤器，一旦收集到一定量的颗粒物，或者焚烧颗粒物的过程（过滤器），就必须更换过滤器本身因此，在本研究中，我们研究了一种结构简单且可以热处理的金属蜂窝。我们已经从使用三维 X 射线 CT 拍摄的 NiCr 多孔金属的图像确定了金属蜂窝内部的流动。通过分析其内部结构并使用其进行数值分析来进行研究。玻尔兹曼我们使用方法（Method）进行了考虑蜂窝内部的流动、反应和扩散的数值流动模拟。此外，为了防止烟灰颗粒导致过滤器堵塞，我们模拟了含有烟灰颗粒的废气的流动，通过调查改变过滤器内部温度时烟灰的燃烧反应，我们发现焚烧烟灰所需的过滤器壁温度、废气中的氧浓度等条件已经明确。