發(fā)動機歧管式催化轉化器熱流耦合分析.pdf

1、隨著現代化進程的加快以及汽車工業(yè)和交通運輸業(yè)的發(fā)展，城市汽車的保有量正在快速增長，由此而引發(fā)的空氣污染也越來越受到人們的重視，機動車排放標準也越來越嚴格。我國已于2010年7月1日開始實施了GB18352.3-2005輕型車第Ⅳ階段標準，新標準對汽車冷啟動的排放進行了嚴格限制。為了滿足新法規(guī)，歧管式催化轉化器應運產生。它安裝更接近缸體，利用通過催化器的高溫尾氣能夠快速預催化劑使之達到起燃溫度從而較大地提高轉化效率，降低排放。目前，歧管式

2、催化轉化器的流場、傳熱和熱應力計算已成為催化轉化器設計中的一大研究課題。
　　 本文通過對某歧管式催化轉化器進行建模、計算，分析其內流場、溫度場、熱應力場等的分布規(guī)律，在此基礎上對歧管式催化轉化器結構進行改型，并對兩者進行比較分析。
　　 本文首先介紹了歧管式催化轉化器的優(yōu)勢、設計方法和國內外的研究現狀，然后簡述了計算流體力學(CFD)在歧管式催化轉化器模擬仿真中所涉及的理論基礎，主要介紹數值計算的理論、計算流體力學的發(fā)

3、展，描述了歧管式催化轉化器流場區(qū)中的質量守恒方程、動量守恒方程、能量守恒方程和流固體之間的傳熱方程等基本控制方程，并著重敘述了催化器內載體簡化成的多孔介質模型和有限體積法求解應力部分的數學模型，推導出多孔介質粘性阻力和慣性阻力的計算公式，比較了有限體積法與有限元法的差別，為歧管式催化轉化器進行熱流耦合過程的模擬計算奠定了理論基礎。
　　 其次，應用STAR-CCM+流體計算軟件模擬歧管式催化轉化器的熱流耦合穩(wěn)態(tài)情況，主要工作是將

4、導入STAR-CCM+軟件的三維模型對歧管式催化轉化進行網格劃分和物理模型分析，研究在5000r/min時工況下熱流耦合時歧管式催化轉化器內的壓力場、速度場、溫度場、熱應力場的分布情況，分析了歧管式催化轉化器內部流場的流動特性和固體的熱應力特性，研究了阻力損失、熱應力集中的原因。分析結果表明：歧管式催化轉化器載體中間截面的速度勻系數平均值為0.915和νmax/νmean平均值為1.14，均落在理想區(qū)域內，背壓值平均值為14.4kPa，

5、傳感器沒有選擇在渦流易形成的催化器前端蓋區(qū)域，但各情況的背壓浮動率相對較大，整個排氣歧管溫度分布很不均勻，排氣歧管區(qū)域的熱應力較大，可對其進行結構改型。
　　 然后在原始模型基礎上對歧管式催化轉化器進行改進設計，對比分析兩種歧管式催化轉化器壓力場、速度場、溫度場、熱應力場的差別，然后對改進模型進行瞬態(tài)模擬。計算結果表明，改進以后的歧管式催化轉化器的綜合性能得到提升，改進后的結果基本令人滿意。
　　 最后對所開展研究的工作