基于CFD的催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)流場耦合化學(xué)反應(yīng)的研究.pdf

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，而且要有足夠長的壽命以及良好的穩(wěn)定性能，對排氣系統(tǒng)的負(fù)面影響也要盡可能減小。
　　本文的研究對象為188F汽油機(jī)的催化轉(zhuǎn)化器，以瞬態(tài)流場計算—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、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)動機(jī)6個工況下對催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的氣流分布進(jìn)行模擬仿真并與試驗結(jié)果相驗證，確保計算模型的正確和可信。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行壓力實時變化條件下的模擬計算，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。
　　(2)然后，將流場計算結(jié)果作為熱結(jié)構(gòu)分析計算的初始條件，對

3、此進(jìn)行單向流固耦合計算，探究在尾氣壓力波動時的應(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，使用正交試驗對原模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計發(fā)現(xiàn)影響性能的兩個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