柴油发动机以其优异的性能普遍应用于各领域,但其排放的大量碳烟对大气环境造成的污染较为严重。面对更加严格的排放法规,降低废气颗粒物（Particulate Matter,PM）的柴油机颗粒捕集器（Diesel Particulate Filter,DPF）是满足排放法规的必要技术。DPF内PM的捕集和分布特性会影响排气流动和再生效率,捕集过程中逐渐形成理化特性各异的碳积层（soot cake）,而soot cake的运动及分布会造成孔道堵塞,造成载体提前失效。因此,研究DPF内PM的捕集和分布特性、soot cake的运动及其分布特性,对降低排气背压及提高载体性能具有重要的理论指导意义。本文搭建了D30柴油机加装后处理装置的实验台架,构建DPF的微观孔道模型,运用CFD理论模拟不同粒径PM分布特性。基于深床过滤层与碳积层中PM的累积,研究DPF孔道中的排气流动特性和PM运动特性的影响。进而构建捕集与再生模型,分析PM分布类型对捕集与再生特性的影响。结果表明:1)随排气内PM粒径的增大,PM浓度分布由孔道轴向位置后段逐渐移至前段,粒径为1μm的PM运动惯性较大,易于脱离气流运动沉积在孔道中段。2)壁面渗透率较大时,PM分布相对较为均匀,但会增加气流穿过多孔介质的内部阻力,使进气孔道速度减小,利于PM的捕集。3)捕集过程中,PM的壁面覆盖率增加,且集中沉积于孔道中段的滤饼层能够提升捕集效率。4)再生过程中,增大载体前段PM沉积量,能够提升PM的再生速率,降低再生持续时间。运用离散分析软件EDEM耦合CFD气相流场,构建soot cake运动模型,分析孔道内soot cake动力学参数,考虑soot cake的形状、材料属性等因素,研究碳积层对DPF堵塞失效的影响。结果表明:1)三角形轮廓soot cake角速度最大,转动最快;而正方形轮廓soot cake在孔道中受壁面阻力最大,转动最慢。2)soot cake表面积越大,在孔道内发生拥塞的位置越靠近孔道后段;圆形轮廓的soot cake易于随气流运动,形成相互堆叠;三角形轮廓的soot cake拥塞段集中分布于孔道中段;正方形轮廓的soot cake拥塞段内部结构稳定性高。3)soot cake的尺寸主要影响孔道内形成的拥塞段数量与拥塞长度,P=0.5时拥塞段的密度与长度明显增加,但拥塞段的稳定性较低。4)soot cake厚度增加,孔道内拥塞段的位置靠近孔道前段;h=0.05mm的拥塞段密度最大,内部结构更为稳定,随着厚度增加,soot cake之间的孔隙增大,气流通过性得以改善。利用质量守恒方程与相似原则,对DPF参数进行选择性等比例放大,设计构建DPF可视化实验台,在不同条件下,对DPF单孔道的压降、soot cake的运动及分布进行研究,结果表明。1)高流速、高强度的气流更易于使soot cake在孔道内运动,发生拥塞;随转速的增加,soot cake运动的距离增大,拥塞段的位置越靠近孔道末端。2)圆形轮廓soot cake最先在孔道内运动,但其对孔道的拥塞程度较低,压降升幅小;正方形轮廓的soot cake受气流阻滞作用较大,不易随气流运动,但其对孔道的拥塞程度较高,压降上升明显;圆形轮廓的soot cake易于形成堆叠,运动形式多为偏转,且移动距离最远、数量最多;三角形轮廓的soot cake分布较为集中。3)随soot cake厚度增加,压降升幅增大,h=4mm时,孔道内soot cake未发生翻转运动;3种厚度soot cake在孔道内迁移率都为41.67%,表明孔道内soot cake的移动数量受厚度影响不明显。4)soot cake长度与单孔道孔径比P越小,越容易随气流运动至孔道后段;比例增大导致压降上升明显。随着比例的降低,孔道内soot cake堆叠的厚度变大,soot cake的移动数量增加,移动的距离越远。5)soot cake均匀分布形成的拥塞段对气流的阻碍作用小于其余两种分布;孔道前段厚度越大,soot cake越不易运动,形成的拥塞段随即变得稳定,压降也越高;3种soot cake的移动数量相同,但均匀分布的soot cake运动距离最远;线性减少分布的soot cake形成的拥塞段较为稳定,且拥塞段的位置相对于其余两种形状更为靠前,导致其压降最大。