基于纳米还原剂的摩托车催化器流场研究与结构优化

摘要

近年来我国摩托车工业迅速发展，摩托车的保有量迅速增加，摩托车排气所产生的污染问题在当今社会受到了广泛的重视，国家控制排放的规定也越来越严格。目前控制排放污染的方法和手段有多种，如化油器结构改进，采用电喷技术，采用催化转化器，使用电动摩托车等等。其中安装催化转化器技术进行排气后处理是目前减少摩托车排放污染的有效措施之一。目前，催化转化效果较好的是采用贵金属的三效催化剂，其主要活性成分为Pt、Pd和Rh等贵金属，它对CO、HC和NOx同时具有很高的催化转化率。但是贵金属资源短缺，价格昂贵，相对于成本低廉的摩托车而言，不太适宜。同时大量研究表明，稀土金属非常活泼，同样具有很好的催化作用，且成本低廉。 本文以稀土氧化物及化学纯Mn(NO<,3>)<,2>为主要原料，采用溶胶凝胶法结合真空干燥技术制备出了纳米稀土复合催化剂，试验证明其具有较好的催化活性。该催化剂催化转化效果除了与催化剂的成分有关外，还和催化器内部的流场的均匀性有关。本文以五羊125型摩托车排气管为研究对象，利用CFD软件FLUENT对排气管内部流场进行了数值模拟，通过研究对比其内部流动情况，确定了符合该排气管的催化转化器的最佳安装位置。对催化转化器内部流场的模拟表明，催化器的锥角以及陶瓷载体前后的空腔长度对催化剂催化效果影响较大，通过改变其数值，选择了最佳的催化器的锥角以及陶瓷载体前后的空腔长度，优化了催化转化器的结构。

目录

文摘

英文文摘

第一章前言

1.1课题背景

1.2车用尾气净化催化剂的研究现状

1.2.1国外车用尾气净化催化剂的发展历程及现状

1.2.2国内车用尾气净化催化剂的发展概况

1.3纳米技术及其在三效催化剂中的应用

1.3.1纳米技术

1.3.2纳米催化转化剂的发展概况

1.4催化转化器内部流场研究现状

1.5本文研究重点和意义

第二章纳米催化转化技术

2.1摩托车排气污染物的产生机理、危害及影响因素

2.2催化转化器的结构和工作原理

2.2.1催化转化器结构

2.2.2催化转化原理

2.3纳米催化转化技术

2.3.1纳米催化剂的特性

2.3.2常见纳米催化剂

2.4纳米催化剂在尾气三效催化剂中的应用

2.4.1纳米载体涂层材料

2.4.2纳米助剂材料

2.4.3纳米级催化剂的活性组分

2.5纳米催化剂的制备方法与表征技术

2.5.1常用的纳米催化剂的制备方法

2.5.2纳米催化剂表征技术

2.6纳米催化剂的制备及性能测试

2.6.1纳米催化剂的制备

2.6.2纳米催化剂的表征

2.6.3纳米CeMnO3+λ催化剂的催化活性测试

2.7小结

第三章摩托车排气管内部流场数值模拟

3.1计算流体力学基础与Fluent软件简介

3.1.1计算流体动力学(CFD)基础

3.1.2计算流体动力学控制方程

3.1.3Flunet软件简介

3.2摩托车排气管内部流场的数值模拟

3.2.1实体建模

3.2.2网格生成技术

3.2.3控制方程的离散

3.2.4选择求解器

3.2.5计算模型的建立

3.2.6边界条件的设置

3.2.7数值模拟及计算结果

3.3本章小结

第四章催化转化器内部流场的数值模拟与结构优化

4.1催化转化器内流动模型

4.1.1自有流动区域的数学模型

4.1.2载体内的流动模型

4.2催化转化器实体建模

4.3催化转化器扩张角对流动的影响

4.3.1不同扩张角的催化转化器网格图

4.3.2不同扩张角的催化转化器数值模拟

4.4催化转化器内容积对流动的影响

4.5本章小结

第五章全文总结

5.1主要结论

5.2研究展望

参考文献

硕士期间发表和完成的论文

致谢