柴油车壁流式过滤器及材料

gouqy

过滤器材料选择
过滤器的孔径、形状和孔体积
孔结构（尺寸、体积和形状）和壁厚决定过滤效率，同时也决定压降和材料强度，使用中存在不同的结构，如粉末烧结、短纤维毡或长纤维编织、开孔泡沫。
粉末烧结制造的刚性过滤器的孔径主要由粉末颗粒的尺寸控制，窄分布的平均孔径10μm过滤器厚度约400μm适合于过滤超过90％的烟尘颗粒，上述材料通常提供40～50％的孔隙体积，然而采用特别的成孔物质，孔隙体积可增加到约60％，高孔隙率将显著降低材料的强度。
纤维编织的方法显示的孔隙体积超过90％，但孔隙尺寸分布较大，因而需要较大的过滤厚度以保证过滤效率，但由于技术的可行性和价格，纤维材料的选择受到限制，此外，小的磨损的纤维可能对健康有害。工业生产的开孔泡沫展示85～95％的孔隙体积，但孔隙尺寸仅能做到100μm以上。材料的选择也由于小的体积需要提供高的通过面积的技术方法而受到限制。
压降和渗透性
除了高的过滤效率外，低的压降是过滤器的主要要求。气体（或液体）通过多孔材料流动的压降，采用达西（Darci）定律和福希海默尔（Forchheimer）扩展定律描述（式1），比渗透率κ与惯性系数β是多孔材料的特性，对于低气体流速，福希海默尔扩展定律可被忽略。
Δp= (η/k ) dv +βρdv2                       (1)
上式中Δp —压降 (Pa), η—动力粘度 (Pa s),  k— 比渗透率 (m2), d－ 厚度 (m), v －气体流速 (m/s), β－惯性系数 (1/m), ρ－ 气体密度 (kg / m)。
多孔材料的比渗透率主要取决于孔隙尺寸、孔隙体积和孔的形状，后者连接为曲折的形状构成通道的长度，气流被迫通过材料流动，有许多不同的和复杂的模拟试图计算渗透性，下面的Ergun方程式，通过式2可以进行粗略的估计。
用于DPF的陶瓷材料的渗透性范围约由10-12 m2 (壁流式过滤器)至10-9m2 (纤维或泡沫过滤器)。
κ=ε3 D2 / [150(1-ε)2]                  (2)
式中ε－孔隙率（－），D－孔径（m）。
全部过滤器系统的流动阻力也很大程度受其它一些因素的影响，入口和出口（收缩与扩展）损失造成压降，壁流式过滤器的通道摩擦也造成压降，运行期间，孔隙或材料表面过滤灰饼的生长，使压降上升。
最近壁流式柴油机微粒过滤器再生期间的压力损失行为和热效率二者已经较好的采用计算机的方法进行模拟。
材料选择
系统中材料应具有高温稳定性，抗热应力，抗侵蚀稳定性及足够的机械强度，以满足过滤、再生和应用的所有要求。材料应具有低的杨氏模量，低的热膨胀系数（CTE）及好的导热率，使热应力效应较低，对于汽车应用大规模生产的可行性要求具有低价格和轻重量。
目前已经投入商业应用及正进行的壁流式过滤器的材料主要有堇青石、重结晶碳化硅、硅－碳化硅、钛酸铝、莫来石等非金属材料以及耐热钢类的烧结多孔金属材料。

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