获取三元催化器流动均匀性系数的方法和装置

摘要

本发明公开了一种获取三元催化器流动均匀性系数的方法和装置，属于汽车发动机排气系统技术领域。所述方法包括：获取三元催化器的三维模型以及三元催化器的相关参数值；对所述三元催化器的三维模型进行分区；对分区后的三元催化器的三维模型划分网格，得到三元催化器体网格模型；根据所述三元催化器的相关参数值，在所述三元催化器体网格模型中添加边界条件；根据从添加边界条件后的三元催化器体网格模型中获取的流动均匀性系数相关参数，利用三元催化器流动均匀性系数计算公式，计算得到三元催化器流动均匀性系数。所述装置包括：获取模块、分区模块、划分模块、添加模块和计算模块。本发明可以节约成本和时间。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车发动机排气系统技术领域，特别涉及一种获取三元催化器 流动均匀性系数的方法和装置。

背景技术

随着对环境保护的日益重视，我国汽车排放法规也日趋严格，如何减少汽 车排放的有害气体受到了关注。目前，主要是通过在汽车发动机排气系统中安 装三元催化器来减少汽车排放的有害气体。而三元催化器内气体流动分布的均 匀性(简称三元催化器流动均匀性)会影响三元催化器的使用寿命和三元催化 器中的催化剂的转化效率，并且对三元催化器内部的传热及化学反应也有着重 要的影响。因此，在设计三元催化器时，需要获取三元催化器流动均匀性系数， 以判断该三元催化器是否能满足实际需要。

目前，在获取三元催化器流动均匀性系数时，采用的方法如下：首先，确 定三元催化器的设计方案；其次，制作三元催化器的样件；然后，对三元催化 器的样件进行三元催化器内的气体流动分布均匀性试验，获取三元催化器流动 均匀性的试验数据。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有的方法需要制作三元催化器样件并进行试验才能获取到三元催化器流 动均匀性系数，浪费了大量的成本和时间。

发明内容

为了节约成本和时间，本发明实施例提供了一种获取三元催化器流动均匀 性系数的方法和装置。所述技术方案如下：

一种获取三元催化器流动均匀性系数的方法，所述方法包括：

获取三元催化器的三维模型以及三元催化器的相关参数值；

对所述三元催化器的三维模型进行分区；

对分区后的三元催化器的三维模型划分网格，得到三元催化器体网格模型；

根据所述三元催化器的相关参数值，在所述三元催化器体网格模型中添加 边界条件；

根据从添加边界条件后的三元催化器体网格模型中获取的流动均匀性系数 相关参数，利用三元催化器流动均匀性系数计算公式，计算得到三元催化器流 动均匀性系数。

一种获取三元催化器流动均匀性系数的装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取三元催化器的三维模型以及三元催化器的相关参数值；

分区模块，用于对所述获取模块获取的三元催化器的三维模型进行分区；

划分模块，用于对所述分区模块得到的分区后的三元催化器的三维模型划 分网格，得到三元催化器体网格模型；

添加模块，用于根据所述三元催化器的相关参数值，在所述划分模块得到 的三元催化器体网格模型中添加边界条件；

计算模块，用于根据从所述添加模块得到的添加边界条件后的三元催化器 体网格模型中获取的流动均匀性系数相关参数，利用三元催化器流动均匀性系 数计算公式，计算得到三元催化器流动均匀性系数。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

通过获取的三元催化器的三维模型以及三元催化器的相关参数值，得到添 加边界条件后的三元催化器体网格模型，根据三元催化器流动均匀性系数计算 公式，利用从添加边界条件后的三元催化器体网格模型中获取的流动均匀性系 数相关参数，即可计算得到三元催化器流动均匀性系数，不需要制作三元催化 器样件并进行试验，可以节约大量的成本和时间。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的一种获取三元催化器流动均匀性系数的方法 流程图；

图2是本发明实施例2提供的一种获取三元催化器流动均匀性系数的方法 流程图；

图3是本发明实施例2提供的一种三元催化器的三维模型的分区示意图；

图4是本发明实施例2提供的一种三元催化器体网格模型图；

图5是本发明实施例3提供的一种获取三元催化器流动均匀性系数的装置 结构示意图；

图6是本发明实施例3提供的另一种获取三元催化器流动均匀性系数的装 置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明 实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

参见图1，本发明实施例提供了一种获取三元催化器流动均匀性系数的方 法，包括：

101：获取三元催化器的三维模型以及三元催化器的相关参数值。

102：对三元催化器的三维模型进行分区。

103：对分区后的三元催化器的三维模型划分网格，得到三元催化器体网格 模型。

104：根据三元催化器的相关参数值，在三元催化器体网格模型中添加边界 条件。

105：根据从添加边界条件后的三元催化器体网格模型中获取的流动均匀性 系数相关参数，利用三元催化器流动均匀性系数计算公式，计算得到三元催化 器流动均匀性系数。

进一步地，对三元催化器的三维模型进行分区，具体包括：

将三元催化器的三维模型分成如下几个区域：三元催化器排气歧管进口、 三元催化器排气歧管出口、三元催化器排气歧管壁面、三元催化器载体进口、 三元催化器载体出口以及三元催化器载体壁面。

进一步地，对分区后的三元催化器的三维模型划分网格，得到三元催化器 体网格模型，具体包括：

对分区后的三元催化器的三维模型划分面网格，得到三元催化器面网格模 型；

对三元催化器面网格模型划分体网格，得到三元催化器体网格模型。

进一步地，三元催化器流动均匀性系数计算公式如下：

$\gamma =1-\Sigma \frac{A_i|V_i-\bar{V}|}{2\bar{V}A}$

其中，γ表示三元催化器流动均匀性系数；i为正整数，表示三元催化器体 网格模型中包含的单元的数量；A表示添加边界条件后的三元催化器体网格模型 中三元催化器载体的截面积；A_i表示添加边界条件后的三元催化器体网格模型 中第i个单元的面积；V_i表示添加边界条件后的三元催化器体网格模型中第i个单 元的轴向气体流动速度；表示轴向气体流动速度的平均值。

进一步地，计算得到三元催化器流动均匀性系数之后，该方法还包括：

将计算得到的三元催化器流动均匀性系数与预设的三元催化器流动均匀性 系数进行比较，根据比较结果判断三元催化器的性能。

本发明实施例所述的获取三元催化器流动均匀性系数的方法，通过获取的 三元催化器的三维模型以及三元催化器的相关参数值，得到添加边界条件后的 三元催化器体网格模型，根据三元催化器流动均匀性系数计算公式，利用从添 加边界条件后的三元催化器体网格模型中获取的流动均匀性系数相关参数，即 可计算得到三元催化器流动均匀性系数，不需要制作三元催化器样件并进行试 验，可以节约大量的成本和时间。将三元催化器流动均匀性系数与预设的三元 催化器流动均匀性系数进行比较，根据比较结果即可判断出三元催化器的性能， 提高了开发三元催化器的效率。

实施例2

参见图2，本发明实施例提供了一种获取三元催化器流动均匀性系数的方 法，包括：

201：获取三元催化器的三维模型以及三元催化器的相关参数值。

其中，三元催化器的相关参数值包括：1)三元催化器排气歧管参数值：三 元催化器排气歧管进口的气体流量L和温度，三元催化器排气歧管出口的压力， 三元催化器排气歧管壁面的温度(三元催化器的整个壁面(包括三元催化器排气 歧管壁面和三元催化器载体壁面)是绝热的)。2)三元催化器载体参数值：三元 催化器载体尺寸(三元催化器载体的截面积S(mm(毫米))、三元催化器载体 的长度I(mm(毫米)))，三元催化器载体的孔隙率N，三元催化器在不同气体 流量L(L/min(升/分钟))下的压损Δp(pa(帕))(可以多提供几组)，三元催 化器载体中的空气的密度ρ(kg/m^3(千克/立方米))，三元催化器载体的动力粘 度μ(kg/sm(千克/秒·米)。

具体地，可以根据实际的应用情况通过CAD(Computer Aided Design，计 算机辅助设计)等软件设计得到三元催化器的三维模型。并根据实际的应用情况 设置三元催化器的相关参数的取值。

202：对三元催化器的三维模型进行分区。

具体地，参见图3，本发明实施例中将三元催化器的三维模型分成如下几个 区域：三元催化器排气歧管进口(inlet)1、三元催化器排气歧管出口(outlet) 2、三元催化器排气歧管壁面(wall)3、三元催化器载体进口(BC-inlet)4、三 元催化器载体出口(BC-outlet)5以及三元催化器载体壁面(BC-wall)6。

203：对分区后的三元催化器的三维模型划分网格，得到三元催化器体网格 模型。

其中，三元催化器体网格模型具体是由i(i为正整数)个六面体网格(一个 六面体网格表示一个单元)所组成的，i的具体取值大小与三元催化器体网格模 型的大小和设置的六面体网格的大小有关，可以根据具体应用设置六面体网格 的大小，对此不做限定。

具体地，先对分区后的三元催化器的三维模型划分面网格，得到三元催化 器面网格模型；再对三元催化器面网格模型划分体网格，得到三元催化器体网 格模型。

具体地，可以通过相应的软件来划分网格，如可以采用CFD(Computer Fluid Dynamics，计算流体力学)软件来划分，参见图4，为采用CFD软件划分得到 的三元催化器体网格模型。

204：根据三元催化器的相关参数值，在三元催化器体网格模型中添加边界 条件。

本发明实施例中，在三元催化器体网格模型中添加的边界条件如下：1)在 三元催化器排气歧管进口添加气体流量和温度(与相关参数值中相应的值一 致)；2)在三元催化器排气歧管出口添加压力(与相关参数值中相应的值一致)； 3)在三元催化器排气歧管壁面添加温度(与相关参数值中相应的值一致)；4) 将三元催化器载体进口、出口，以及与三元催化器载体进口、出口相连接的管 道连通形成interface(联接)面，以保证三元催化器体网格模型中整个管道是相 通的；5)在三元催化器载体壁面添加绝热条件；6)将三元催化器载体视为多 孔介质，在三元催化器载体中添加惯性阻力系数α和粘性阻力系数ζ。

具体地，计算惯性阻力系数α和粘性阻力系数ζ时，可以采用如下方法：

利用公式其中，Δp表示三元催化器在不同气体流 量L下的压损；I表示三元催化器载体的长度；μ表示三元催化器载体的动力粘 度；ρ表示三元催化器载体中的空气的密度；ω表示三元催化器排气歧管进口的 气体速度，ω＝L/(3600·S·N·ρ)，其中，L表示三元催化器排气歧管进口的气体流 量，S表示三元催化器载体的截面积，N表示三元催化器载体的孔隙率，ρ表示 三元催化器载体中的空气的密度。

取2组不同气体流量L对应的相关数据代入公式(1)中，得到二元二次方 程组，求解该二元二次方程组得到α、ζ。

205：根据从添加边界条件后的三元催化器体网格模型中获取的流动均匀性 系数相关参数，利用三元催化器流动均匀性系数计算公式，计算得到三元催化 器流动均匀性系数。

其中，三元催化器流动均匀性系数计算公式如下：

$\gamma =1-\Sigma \frac{A_i|V_i-\bar{V}|}{2\bar{V}A}$

其中，γ表示三元催化器流动均匀性系数；i为正整数，表示三元催化器体 网格模型中包含的单元的数量；A表示添加边界条件后的三元催化器体网格模型 中三元催化器载体的截面积；A_i表示添加边界条件后的三元催化器体网格模型 中第i个单元的面积；V_i表示添加边界条件后的三元催化器体网格模型中第i个单 元的轴向气体流动速度；表示轴向气体流动速度的平均值。

其中，A、A_i、V_i、与三元催化器流动均匀性系数的计算有关，可以统称 为流动均匀性系数相关参数。并且，A、A_i、V_i的具体取值可以从添加边界条件 后的三元催化器体网格模型中测量得到，可以通过计算所有V_i的平均值得到。

206：将计算得到的三元催化器流动均匀性系数与预设的三元催化器流动均 匀性系数进行比较，根据比较结果判断三元催化器的性能。

其中，可以根据具体的三元催化器模型和实际的应用需要，设置预设的三 元催化器流动均匀性系数的具体取值。

具体地，本发明实施例中，将计算得到的三元催化器流动均匀性系数与预 设的三元催化器流动均匀性系数进行比较，如果计算得到的三元催化器流动均 匀性系数大于预设的三元催化器流动均匀性系数，则判断三元催化器的性能比 较好，可以满足实际应用；反之，如果计算得到的三元催化器流动均匀性系数 小于等于预设的三元催化器流动均匀性系数，则判断三元催化器的性能比较差， 不可以满足实际应用，需要对三元催化器进行优化改进。

本发明实施例所述的获取三元催化器流动均匀性系数的方法，通过获取的 三元催化器的三维模型以及三元催化器的相关参数值，得到添加边界条件后的 三元催化器体网格模型，根据三元催化器流动均匀性系数计算公式，利用从添 加边界条件后的三元催化器体网格模型中获取的流动均匀性系数相关参数，即 可计算得到三元催化器流动均匀性系数，不需要制作三元催化器样件并进行试 验，可以节约大量的成本和时间。将三元催化器流动均匀性系数与预设的三元 催化器流动均匀性系数进行比较，根据比较结果即可判断出三元催化器的性能， 提高了开发三元催化器的效率。

实施例3

参见图5，本发明实施例提供了一种获取三元催化器流动均匀性系数的装 置，该装置包括：

获取模块301，用于获取三元催化器的三维模型以及三元催化器的相关参数 值；

分区模块302，用于对获取模块301获取的三元催化器的三维模型进行分区；

划分模块303，用于对分区模块302得到的分区后的三元催化器的三维模型 划分网格，得到三元催化器体网格模型；

添加模块304，用于根据三元催化器的相关参数值，在划分模块303得到的 三元催化器体网格模型中添加边界条件；

计算模块305，用于根据从添加模块304得到的添加边界条件后的三元催化 器体网格模型中获取的流动均匀性系数相关参数，利用三元催化器流动均匀性 系数计算公式，计算得到三元催化器流动均匀性系数。

进一步地，分区模块302，具体用于将三元催化器的三维模型分成如下几个 区域：三元催化器排气歧管进口、三元催化器排气歧管出口、三元催化器排气 歧管壁面、三元催化器载体进口、三元催化器载体出口以及三元催化器载体壁 面。

进一步地，划分模块303具体包括：

第一划分单元，用于对分区模块302得到的分区后的三元催化器的三维模 型划分面网格，得到三元催化器面网格模型；

第二划分单元，用于对第一划分单元得到的三元催化器面网格模型划分体 网格，得到三元催化器体网格模型。

进一步地，三元催化器流动均匀性系数计算公式具体为：

$\gamma =1-\Sigma \frac{A_i|V_i-\bar{V}|}{2\bar{V}A}$

其中，γ表示三元催化器流动均匀性系数；i为正整数，表示三元催化器体 网格模型中包含的单元的数量；A表示添加边界条件后的三元催化器体网格模型 中三元催化器载体的截面积；A_i表示添加边界条件后的三元催化器体网格模型 中第i个单元的面积；V_i表示添加边界条件后的三元催化器体网格模型中第i个单 元的轴向气体流动速度；表示轴向气体流动速度的平均值。

进一步地，参见图6，该装置还包括：

比较模块306，用于将计算模块305计算得到的三元催化器流动均匀性系数 与预设的三元催化器流动均匀性系数进行比较，根据比较结果判断三元催化器 的性能。

本发明实施例所述的获取三元催化器流动均匀性系数的装置，通过获取的 三元催化器的三维模型以及三元催化器的相关参数值，得到添加边界条件后的 三元催化器体网格模型，根据三元催化器流动均匀性系数计算公式，利用从添 加边界条件后的三元催化器体网格模型中获取的流动均匀性系数相关参数，即 可计算得到三元催化器流动均匀性系数，不需要制作三元催化器样件并进行试 验，可以节约大量的成本和时间。将三元催化器流动均匀性系数与预设的三元 催化器流动均匀性系数进行比较，根据比较结果即可判断出三元催化器的性能， 提高了开发三元催化器的效率。

以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现， 其软件程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如：计算机中的硬盘、光 盘或软盘。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的 精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。