基于CFD的催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)流場(chǎng)耦合化學(xué)反應(yīng)的研究.pdf_第1頁(yè)
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1、催化轉(zhuǎn)化器是有效降低汽油機(jī)尾氣污染的主要后處理裝置。隨著對(duì)尾氣排放要求的日益嚴(yán)格,提高催化轉(zhuǎn)化器的綜合性能顯得尤為重要。不但要具有高的轉(zhuǎn)化效率,而且要有足夠長(zhǎng)的壽命以及良好的穩(wěn)定性能,對(duì)排氣系統(tǒng)的負(fù)面影響也要盡可能減小。
  本文的研究對(duì)象為188F汽油機(jī)的催化轉(zhuǎn)化器,以瞬態(tài)流場(chǎng)計(jì)算—結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核—催化反應(yīng)為研究主線,在考慮排氣壓力波動(dòng)效應(yīng)、氣固兩相傳熱、傳質(zhì)以及催化反應(yīng)相結(jié)合的研究模式下,深入探究了催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)發(fā)生的各種復(fù)雜現(xiàn)象

2、:氣體流動(dòng)、傳熱、熱應(yīng)力和化學(xué)反應(yīng)。具體研究如下:
  (1)首先,在發(fā)動(dòng)機(jī)6個(gè)工況下對(duì)催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的氣流分布進(jìn)行模擬仿真并與試驗(yàn)結(jié)果相驗(yàn)證,確保計(jì)算模型的正確和可信。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行壓力實(shí)時(shí)變化條件下的模擬計(jì)算,研究催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)部瞬態(tài)氣流、壓力和溫度分布,發(fā)現(xiàn)氣流進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化器后軸向速度分布出現(xiàn)兩個(gè)低峰,徑向速度分布極不均勻,呈現(xiàn)中間流速高,邊緣流速低的趨勢(shì)。
  (2)然后,將流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果作為熱結(jié)構(gòu)分析計(jì)算的初始條件,對(duì)

3、此進(jìn)行單向流固耦合計(jì)算,探究在尾氣壓力波動(dòng)時(shí)的應(yīng)力集中區(qū)域和最大變形區(qū)域,發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣端錐處的變形量較大。
  (3)其次,探究單孔道下催化反應(yīng),得到尾氣組分為CO和CH4氣體的濃度分布和轉(zhuǎn)化率。發(fā)現(xiàn)催化反應(yīng)集中于孔道前中端處,而后端轉(zhuǎn)化率很低,并且孔道邊緣處尾氣的轉(zhuǎn)化率高于中心處。
  (4)最后,使用正交試驗(yàn)對(duì)原模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)影響性能的兩個(gè)主要因素是入口管的直徑與擴(kuò)張角的大小,在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)擴(kuò)張管直徑(d2)與入口直徑

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