汽车催化转化器载体结构研究与流动特性分析

摘要

催化转化器是降低汽车有害物排放的有效装置。为了满足日趋严厉的排放法规，催化转化器不但要有高的转化效率和长的使用寿命，而且要有良好的起燃特性和流动特性。催化转化器内的气体流动既有湍流、传热、传质，又有化学反应。流动的不均匀，易产生涡流和气流分离现象，引起流动阻力的增加，造成温度分布的不均匀。温度过高的区域，催化剂很容易劣化而缩短使用寿命；温度低的区域催化剂又得不到充分利用，使总体转化率降低。温度分布的不均匀又会使载体径向温度梯度的增大，产生热应力面，使载体发生热变形并损坏。因此在催化转化器的各种性能中，催化转化器内部复杂的流动是重要的影响因素。这就要求分析内部的流动特性，根据较理想的流动特性来改进催化转化器的结构，达到优化设计的目的。 目前，催化转化器的研究涉及的内容多集中在改变扩张管与收缩管结构、扩张角大小、载体在催化转化器内的位置和分析内部流动特性与压力损失。研究技术虽趋于成熟，但实际应用，形成商业化的产品还有一段距离。 本文通过改变催化转化器载体的端面结构，建立数学模型、进行网格划分、设定合理的边界条件，利用CFX软件对催化转化器内部流动特性进行数值模拟。并针对球冠形、半球形、半椭球形等不同端面载体的内部流场进行模拟，分析了催化转化器内部的流动特性。最后通过与垂直端面载体的流动特性比较，得出如下结论：球形端面载体的流动特性好于垂直端面载体，而且半椭球形端面载体的催化转化器流动特性三者中最理想。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题的理论意义和应用价值

1.2汽车排气污染现状

1.3汽车排放污染控制技术

1.3.1机内净化技术

1.3.2机外净化技术

1.3.3排放控制技术

1.4催化转化器的研究概况及发展趋势

2催化转化器的结构与性能

2.1催化转化器的结构

2.2催化转化器的性能评价指标

2.3催化转化器的匹配

2.3.1催化转化器性能与电控喷油系统的匹配

2.3.2催化转化器的冷起动特性

2.3.3催化转化器与排气系统的匹配

2.4催化转化器的流动特性优化

3催化转化器几何模型的建立与计算网格生成

3.1催化转化器的几何模型

3.2网格生成技术

3.3网格生成的过程

3.4ICEM CFD网格生成技术和要求

3.5催化转化器网格的划分

3.5.1催化转化器的三维计算网格

3.5.2整体网格耦合

3.5.3网格质量控制

3.6本章小结

4催化转化器流场的数值模拟与计算结果分析

4.1数学模型

4.1.1流动控制方程

4.1.2湍流模型

4.1.3载体内的流动模型

4.2数值求解

4.2.1建立有限元模型

4.2.2设立边界

4.3计算结果分析

4.3.1模拟计算

4.3.2结果分析

4.4本章小结

5球形端面载体的结构对流动特性的影响

5.1球形端面载体的结构参数对速度分布的影响

5.1.1球冠形端面载体的催化转化器

5.1.2半球形端面载体的催化转化器

5.1.3半椭球形端面载体的催化转化器

5.1.4气体沿载体不同端面的速度分布

5.2不同端面载体中间横截面速度的分布

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢