随着我国能源安全问题和大气污染问题的凸显,加强内燃机移动源节能减排已成为内燃机工业要面临的当务之急。柴油机因其热效率高、动力性强、功率覆盖范围广等优点,在交通运输、农机、工程机械等领域得到广泛的应用,但其颗粒物排放问题仍是制约其未来发展应用的关键因素之一。壁流式DPF已成为柴油机满足现行或即将实施的排放法规中PM和PN排放限值的标准配置。DPF碳烟沉积分布一方面直接影响其压降特性、捕集效率;另一方面作为再生过程的初始条件,影响着再生过程的发展历程及特性。因此研究DPF碳烟沉积分布特性对于优化DPF捕集、再生性能,提升柴油机的经济性、动力性、排放性具有重要意义。本课题针对考虑多孔介质微观结构的DPF碳烟颗粒沉积分布特性问题开展研究,采用基于格子玻尔兹曼方法的气固两相流模型作为研究手段。针对现有的LB-CA模型的不足通过引入不可压缩的Boltzmann模型和定量的元胞自动机概率模型改进了其模型。利用方形柱体绕流模型分别验证了改进后模型中气相模型和固相模型的准确性。利用QSGS方法建立了考虑多孔介质结构的DPF单孔道模型,并利用改进后的LB-CA模型研究了该DPF单孔道内流场特性和碳烟颗粒的沉积分布特性。发现入口速度对DPF孔道内的流场影响显著。相同入口速度下,随着粒径的增大,颗粒逐渐向DPF进口孔道的末端沉积。对于相同粒径的颗粒,随着入口速度的减小,颗粒沉积分布均匀性逐渐变好。相比于粒径对颗粒的沉积分布的影响,入口速度对孔道内颗粒的沉积分布的影响更大。在多孔介质表层结构中沉积颗粒沿壁面方向存在梯度分布的现象,沉积颗粒沿轴方向的分布趋势与壁面流速分布趋势相吻合。由沉积颗粒组成的颗粒簇团首先出现的位置与颗粒沉积概率大的区域相一致。整体上,沉积的颗粒会逐渐增大进口孔道的轴向压力,逐渐降低进口孔道的轴向速度,但在孔道变窄的区域进口孔道的轴向速度存在增大的现象。提出了基于孔径分布与孔隙率特征参数生成多孔介质的新方法,可实现参数化控制生成多孔介质结构。提出了基于区域分裂DDLB-CA模型,通过方形柱体绕流模型验证了DDLB-CA模型的准确性。在此基础上,研究了碳烟颗粒在多孔介质内部沉积发展规律,研究了桥区的形成过程及其影响因素。发现碳烟颗粒首先在多孔介质迎风面和狭窄的孔道处沉积,逐渐形成桥区结构。后续的碳烟颗粒受到桥区结构的影响,沉积位置逐渐前移,同时新的桥区结构逐渐在上游的狭窄孔道区域形成。多孔介质结构的拦截、惯性、扩散捕集机制在颗粒沉积初期起重要作用,但随着桥区的形成,桥区对颗粒的捕集逐渐占主导地位。桥区的形成速度受流速、颗粒粒径大小的影响。在相同颗粒粒径下,流速越小,桥区越早形成。在相同流速下,对于随流性最好的中等颗粒,桥区形成速度最快。研究了不同多孔介质结构对于流场分布特性、颗粒沉积分布特性以及颗粒簇团的沉积分布特性的影响及规律。发现多孔介质的结构显著地影响其初始压力场和速度场的分布,可以通过调整孔径分布和孔隙率优化多孔介质结构中初始上游压力,压力梯度和速度的分布特性。多孔介质结构中的颗粒沉积分布概率特性和颗粒簇团（或桥区）的分布规律明显受到多孔介质结构参数的影响。颗粒簇团（或桥区）的位置影响压力和速度分布特性,因此可以通过调整多孔介质结构参数优化其压力和速度分布特性。颗粒簇团的形成促使颗粒更倾向在多孔介质结构的前部沉积,同时提高了颗粒的捕集效率。具有较小平均孔径的多孔介质结构在其表面形成的碳烟颗粒层更致密。