壁流式陶瓷颗粒过滤器结构特性分析(13)

壁流式陶瓷颗粒过滤器结构特性分析

较低的排气阻力、较好的再生性，还要保持一定的强度，使用中具有一定的耐久度【２３１。困扰壁流陶瓷过滤体的主要问题是：高的捕集效率和低的排气阻力不能兼得。要使压力损失大幅度降低，就要求高的孔隙率，而高的孔隙率就会导致ＰＭ捕集效率降低，此外，还会使产品的制造强度降低，制造工艺恶化。

１．３．１过滤体材料

陶瓷及过滤材料，主要由氧化物或碳化物组成。堇青石蜂窝陶瓷过滤体的使用寿命相对较短，主要原因有两点：１、发动机的工作热循环引起过滤体尺寸的交替振动，导致过滤材料的持续退化；２、在再生过程的高温下，导热系数小得堇青石容易受热不均导致局部烧熔或破裂。碳化硅（ＳｉＣ）自１９９３年以来得到广泛重视，ＳｉＣ具有更好的热稳定以及更高的热导率【２９１。壁流式蜂窝陶瓷呈现各向异性，其径向热膨胀系数是轴向的近两倍，因此其径向上的温度梯度应尽量小，根据国外最新研究，温度梯度保持在３５。Ｃ／ｃｍ以下方不会导致热应力损伤【２４】，这是热再生需要注意的问题。

陶瓷及过滤材料都存在一个致命的弱点：容易受到颗粒物表面吸附的氧化物化学侵蚀。如ＺｎＯ、ＣａＯ、ｖ２０５、ＰｂＯ和Ｎａ２０分别在１０００℃、９００℃、７５０℃、５５０℃、５００℃与堇青石发生固体扩散反应，生成热膨胀系数不同的产物，导致再生时的高温过程产生裂纹。Ｎａ２０在５５０。Ｃ开始溶入Ｓｉ０２表面保护层，反应生成Ｎａ２０Ｓｉ３玻璃相，莫来石是最有希望的替代材料之一，它不与Ｃａ、Ｚｎ或Ｖ的氧化物发生反应，和Ｎａ２０与ＰｂＯ的反应温度比堇青石的温度要耐２５１。

１．３．２数学优化法确定过滤体的结构参数

过滤体结构参数主要为：过滤体直径（Ｄ）、过滤体长度（Ｌ）、通道数（Ｎ）亦即孔密度、通道边长（ａ）、孔隙率（￡）、微孔直径（ＤＤ）和孔道壁厚（ｗ）。

微粒净化率：

ｒ／＝＝盟×１００％玩ＤＤ’（１．１）

鼠：净化前的波许烟度（Ｒｂ），蜀：净化后的波许烟度（Ｉ曲）。

压力损失为前后的压力差△ｐ＝ｐ１伽。油耗上升了３‰５％时的压力损失为上限，以此为标准值，排气背压上限在２０－．．２７ｋＰａ为宜。

事实上根据前人研究，壁流式蜂窝陶瓷过滤体的孔隙率￡和陶瓷微孔直径Ｄ。与壁流式蜂窝陶瓷壁面渗透率ｋ有如下关系：