發(fā)動(dòng)機(jī)歧管式催化轉(zhuǎn)化器熱流耦合分析.pdf

1、隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的加快以及汽車工業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，城市汽車的保有量正在快速增長(zhǎng)，由此而引發(fā)的空氣污染也越來越受到人們的重視，機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)格。我國(guó)已于2010年7月1日開始實(shí)施了GB18352.3-2005輕型車第Ⅳ階段標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽車?yán)鋯?dòng)的排放進(jìn)行了嚴(yán)格限制。為了滿足新法規(guī)，歧管式催化轉(zhuǎn)化器應(yīng)運(yùn)產(chǎn)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(yù)催化劑使之達(dá)到起燃溫度從而較大地提高轉(zhuǎn)化效率，降低排放。目前，歧管式

2、催化轉(zhuǎn)化器的流場(chǎng)、傳熱和熱應(yīng)力計(jì)算已成為催化轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì)中的一大研究課題。
　　 本文通過對(duì)某歧管式催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行建模、計(jì)算，分析其內(nèi)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力場(chǎng)等的分布規(guī)律，在此基礎(chǔ)上對(duì)歧管式催化轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改型，并對(duì)兩者進(jìn)行比較分析。
　　 本文首先介紹了歧管式催化轉(zhuǎn)化器的優(yōu)勢(shì)、設(shè)計(jì)方法和國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，然后簡(jiǎn)述了計(jì)算流體力學(xué)(CFD)在歧管式催化轉(zhuǎn)化器模擬仿真中所涉及的理論基礎(chǔ)，主要介紹數(shù)值計(jì)算的理論、計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)

3、展，描述了歧管式催化轉(zhuǎn)化器流場(chǎng)區(qū)中的質(zhì)量守恒方程、動(dòng)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?cái)⑹隽舜呋鲀?nèi)載體簡(jiǎn)化成的多孔介質(zhì)模型和有限體積法求解應(yīng)力部分的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出多孔介質(zhì)粘性阻力和慣性阻力的計(jì)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(zhuǎn)化器進(jìn)行熱流耦合過程的模擬計(jì)算奠定了理論基礎(chǔ)。
　　 其次，應(yīng)用STAR-CCM+流體計(jì)算軟件模擬歧管式催化轉(zhuǎn)化器的熱流耦合穩(wěn)態(tài)情況，主要工作是將

4、導(dǎo)入STAR-CCM+軟件的三維模型對(duì)歧管式催化轉(zhuǎn)化進(jìn)行網(wǎng)格劃分和物理模型分析，研究在5000r/min時(shí)工況下熱流耦合時(shí)歧管式催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力場(chǎng)的分布情況，分析了歧管式催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)部流場(chǎng)的流動(dòng)特性和固體的熱應(yīng)力特性，研究了阻力損失、熱應(yīng)力集中的原因。分析結(jié)果表明：歧管式催化轉(zhuǎn)化器載體中間截面的速度勻系數(shù)平均值為0.915和νmax/νmean平均值為1.14，均落在理想?yún)^(qū)域內(nèi)，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(dòng)率相對(duì)較大，整個(gè)排氣歧管溫度分布很不均勻，排氣歧管區(qū)域的熱應(yīng)力較大，可對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)改型。
　　 然后在原始模型基礎(chǔ)上對(duì)歧管式催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，對(duì)比分析兩種歧管式催化轉(zhuǎn)化器壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力場(chǎng)的差別，然后對(duì)改進(jìn)模型進(jìn)行瞬態(tài)模擬。計(jì)算結(jié)果表明，改進(jìn)以后的歧管式催化轉(zhuǎn)化器的綜合性能得到提升，改進(jìn)后的結(jié)果基本令人滿意。
　　 最后對(duì)所開展研究的工作