壁流式颗粒物捕集器(Wall-flow Diesel Particulate Filter:DPF)是目前国际上公认的最为有效的柴油机排气微粒后处理装置,并且在国内外已得到了广泛的应用。对于颗粒物捕集器来说,超低的微粒排放限值要求其能够高效的进行碳烟的捕集和安全可靠地再生。然而DPF在捕集和再生过程中会有难以气化去除的灰分沉积于过滤体内部,这不仅影响了DPF的压降性能,缩减了DPF内部可用空间,而且影响主动再生时机的选择,增加了单位时间段内的再生频率,影响了燃油经济性。DPF中的灰分沉积也是决定其使用寿命的关键因素。所以本文研究灰分沉积及其对DPF性能影响机理具有实际意义,并且为制订合理的再生策略奠定了基础。本文基于GT-POWER软件建立带有灰分沉积的DPF碳烟捕集和连续再生数学计算模型,并结合试验研究对数学模型中关键参数进行了标定。随后基于模型仿真计算探索灰分沉积质量和灰分在DPF入口通道内沉积形态对碳烟加载和连续再生的影响。本文的主要研究内容如下:1、运用GT-POWER软件,基于填充床捕集理论建立颗粒物捕集数学模型;建立碳烟层、灰分层的数学模型和捕集效率计算模型;建立包括质量守恒、动量守恒、能量守恒以及压降计算的一维流场数学模型。2、建立DPF快速老化试验台架,研究洁净DPF压降特性、不同加载工况下碳烟加载的压降特性。通过柴油中添加机油的DPF快速老化方法,研究CJ-4型机油灰分加载过程的压降特性。结合试验数据,对仿真模型中的载体壁面、碳烟饼层和灰分饼层参数进行了标定,并验证模型的准确性。3、结合已经标定验证的模型,仿真研究不同灰分饼层加载质量下,碳烟加载的压降与碳烟层厚度的变化规律;研究相同灰分加载总质量下,不同灰分末端堵塞质量占比对碳烟加载过程压降和碳烟层厚度的影响规律。研究证明控制灰分更多的沉积于通道末端有益于减少DPF压降。4、结合CDPF连续再生机理,提出灰分影响连续再生速率的两个因素:催化剂表面覆盖失活和抑制NO2反向扩散。结合仿真模型,计算研究不同灰分饼层沉积质量与催化剂活性表面占比下,CDPF再生速率变化规律。研究表明,灰分的沉积会使催化型颗粒物捕集器连续再生速率下降,灰分影响CDPF连续再生的主要原因是催化剂表面覆盖失活。