Рассмотрено течение отработавших газов, содержащих дисперсные частицы («дизельную сажу»), через пористые керамические структуры складчатого типа. Показано, что общее газодинамическое сопротивление фильтрующего элемента определяется тремя составляющими: сопротивлением входных и выходных каналов, сопротивлением пористой стенки и сопротивлением слоя дисперсных частиц, формируемого на стенке. Предложены упрощённые механизмы газодинамических потерь, математические модели и методы их инженерного расчёта, выбраны основные критерии для использования аналитических выражений и проведён цикл испытаний, подтвердивших справедливость предложенных подходов для расчёта основных параметров фильтрующего блока - его объёма, размеров каналов, поверхности, структуры фильтрующего материала и свойств отработавших газов. Установлено, что наибольшее сопротивление, в основном определяющее периодичность и режим регенерации фильтра, создаёт слой дисперсных частиц. Вторым по значимости является сопротивление пористой стенки, сквозные каналы которой определяются пористостью фильтрующего материала. Наиболее совершенными, с позиции газодинамики, а следовательно, и обладающими минимальным сопротивлением, являются входные и выходные каналы фильтрующего блока. Такое ранжирование является сугубо условным, характеризует лишь основные факторы, оказывающие влияние на величину сопротивления потоку отработавших газов, и может быть полезным при поиске средств и путей сокращения газодинамического сопротивления при выборе структуры систем нейтрализации и общей компоновки выпускной системы двигателя внутреннего сгорания. Экспериментальная проверка показала, что относительная погрешность определения газодинамического сопротивления не превышает 20-25%, что даёт основание рекомендовать предложенную модель и методы расчёта в качестве инструмента проектирования одного из основных элементов современных систем нейтрализации дизелей - фильтровального блока.
The flow of exhaust gases containing dispersed particles (“diesel soot”) through porous ceramic structures of the folded type has been considered. It was shown that the total gas-dynamic resistance of the filtering element was determined by three components: the resistance of the input and output channels, the resistance of the porous wall, and the resistance of the dispersed particles layer formed on the wall. The simplified mechanisms of gas-dynamic losses, mathematical models and methods of their engineering calculation were proposed. Also the main criteria for the use of analytical expressions were chosen and a test cycle was carried out, which confirmed the validity of the proposed approaches for calculating the main parameters of the filtering unit: its volume, channel dimensions, surface, filter material structure and the properties of exhaust gases. It was established that the greatest resistance, which mainly determined the periodicity and the regime of filter regeneration, was created by a layer of dispersed particles. The second most important factor was the resistance of the porous wall, the through channels of which were determined by the porosity of the filter material. The most perfect from the point of view of gas dynamics, and, consequently, possessing minimum resistance were input and ouyput channels of filtering element. Such a ranking was purely conditional, as it characterized only the main factors affecting the amount of resistance to the exhaust gas flow, and could be useful while looking for ways and means to reduce the gas-dynamic resistance and choose both a neutralization system structure and the overall layout of the internal combustion engine exhaust gases. The experimental verification showed that the relative error in determining the gas-dynamic resistance did not exceed 20-25%, which made it possible to recommend the proposed model and calculation methods as a tool for designing one of the main elements of modern systems - the filter unit - for neutralizing diesel engines.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.