CFD技术在催化转化器上的应用研究

摘要

催化转化器研发的传统手段是试验研究，它虽然可以为催化器的研发提供必要的信息，但是无法研究整个催化转化器内部气体传质、传热以及流动的情况。随着计算机技术的发展和催化转化器数学模型的成熟，出现了另一种研发手段——数值模拟。本文用数值模拟手段对催化转化器进行了研究，使用的Fluent是大型的计算流体力学软件(CFD)，能够模拟复杂几何形状孔道中物质的流动和热传递。 对一种含Pd的三效催化剂进行实验室评估，并模拟了此催化剂的起燃过程。模拟结果显示了起燃过程中催化转化器载体温度场以及气体浓度场的变化。 载体的流速分布对催化转化器的使用效率、起燃特性和寿命都有很重要的影响；压力损失则影响着发动机动力性和燃油经济性。因此改善催化转化器的流动特性至关重要，它是催化转化器优化设计的目标之一。 通过催化转化器的稳态实验，分析了不同扩张角对催化转化器内流场的影响，然后对不同扩张管催化转化器的流场进行数值模拟。模拟结果显示了不同扩张管结构的载体内的流速分布，与稳态实验测试的结果基本一致。这说明CFD技术可用于催化转化器优化设计。研究中应用CFD技术对一形状不规则的催化转化器进行结构优化设计，分析了不同的入口管倾斜角、扩张管倾斜角对催化转化器流动特性的影响，找到了此催化转化器最优的结构参数。

目录

文摘

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第一章概述

1.1研究背景

1.2国内外对催化转化器的研究概况

1.3本文主要研究工作

第二章催化转化器简介

2.1催化转化器的组成

2.2三元催化剂

2.3催化转化器的性能评价指标

2.4催化转化器起燃阶段的排放控制技术

第三章催化转化器内流场特性

3.1常规催化转化器的结构

3.2影响流动特性的结构因素

3.3转化器内流动压力损失的分析

3.4转化器内流动均匀性分析

第四章CFD技术及催化转化器的数学模型

4.1描述催化转化器内部流场的数学模型

4.2催化转化器传质、传热和化学反应模型

4.3模型求解的实现

4.4 CFD技术与传统设计方法的比较

第五章CFD技术在催化剂实验上的应用

5.1催化剂研发的必要性

5.2传统的实验室研发

5.3催化剂起燃过程的数值模拟

5.4本章小结

第六章CFD技术在催化转化器结构优化设计上的应用

6.1催化转化器内流场实验

6.2催化转化器流场的数值模拟

6.3模拟与实验结果进行对比

6.4催化转化器结构优化设计

6.5本章小结

结果与展望

参考文献

致谢

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