本论文针对大功率特种柴油车直排式尾气不能采用传统净化方法的特殊需求,提出了采用外部柴油机颗粒物捕集器（Diesel Particulate Filter,DPF）和活性炭对尾气中的碳烟颗粒和有害气体进行处理,使用离线反向弱气流电加热与反向高压气体吹扫相结合的方法进行DPF再生,并使用GT-Power软件对DPF进行捕集与再生的仿真研究,并完成尾气处理装置的设计。首先,对DPF的捕集机理进行分析,并且对DPF内部流场、内部压降、碳烟捕集、再生化学反应等关键技术进行研究。搭建DPF碳烟捕集和再生模型,并通过试验数据对DPF仿真模型进行标定。分析结果表明:DPF两端压降是由进出口压降、进出口孔道压降、滤饼捕集碳烟层压降、深床捕集碳烟层压降、多孔壁面压降等组成。DPF碳烟捕集过程主要包括深床捕集与滤饼捕集;DPF主动再生过程可以分为三个阶段:DPF升温阶段,温度未达到碳烟颗粒的燃点,碳烟氧化速度较慢;DPF温度上升到燃点,碳烟的氧化速度显著加快;DPF碳烟反应基本结束阶段,温度降低后保持不变。其次,运用DPF碳烟捕集和DPF再生模型,运用控制变量法分析了DPF长度、直径、长径比、过滤壁壁厚、孔道密度、孔隙率与碳烟捕集过程中捕集效率和DPF压降的关系;分析入口气体流速、温度、含氧量、初始碳载量与再生过程中DPF温度和碳烟剩余量的关系。最后,基于仿真研究,为重型特种柴油车设计了一套DPF捕集与再生装置,主要包括DPF过滤体、工作结构以及工作流程、机械结构、电气结构、软件设计,并在PLC平台上实现模糊PID参数自整定温度控制算法,最终搭建实物平台进行试验,实验结果满足设计要求,进而验证了仿真模型的准确性与合理性。