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催化转化器内部流动的数值模拟及结构优化

作　者: 雷春青
导　师: 张光德
学　校: 武汉科技大学
专　业: 车辆工程
关键词: 催化转化器内部流场数值模拟催化器结构
分类号: TK124
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 32次
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内容摘要

为了满足日趋严格的排放标准,催化转化器不仅要转化率高、使用寿命长,而且要起燃特性好、流动均匀性好。由于流动的不均匀性,气流在扩张管内会出现沿壁面的气流分离和回流现象,这会造成温度分布不均匀,还会造成催化剂的过早老化,降低催化器的转化效率。因此催化转化器的流动研究与分析成为开发催化转化器的重要内容之一。本文利用CFD软件模拟了催化器内部的流动,着重研究了催化器结构因素对流动特性的影响。介绍了催化器的结构,讨论了性能评价指标及其相关的问题,建立了催化器内部气体流动的数学模型,包括流动控制方程、湍流输送模型以及载体的流动模型。对常规平端面载体催化器内部的气流分布进行了数值模拟,着重研究了催化器扩张管结构、进气速度以及载体参数对流动分布的影响。研究结果表明,考虑到催化器内的流动特性以及催化器的整体尺寸,采用角度在40°到60°之间的扩张管最为合适。排气流量对流动性能的影响很明显。在安装载体时,最好使得载体前端有空腔,这样有利于气体流动。载体长度同样会影响流动特性,因此载体长度的确定应当综合考虑之后确定。模拟工作得到了有参考价值的结果,可以为实际应用提供指导。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-13
  1.1 选题背景及研究意义  8-9
  1.2 催化器内部流动数值模拟研究综述  9-12
    1.2.1 国内研究综述  9-11
    1.2.2 国外研究现状  11-12
  1.3 本文的研究内容和方法  12
    1.3.1 研究内容  12
    1.3.2 研究方法  12
  1.4 课题来源  12-13
第二章汽车主要污染物的产生及危害  13-16
  2.1 汽车大气污染源  13
  2.2 汽车主要污染物的产生及危害  13-16
第三章催化器特性及其数值模拟软件简介  16-22
  3.1 催化器特性  16-19
    3.1.1 催化转化器流速分布特性的评价准则  16-17
    3.1.2 催化转化器温度分布特性  17
    3.1.3 催化器起燃特性  17
    3.1.4 催化转化器的声学特性  17-19
  3.2 数值模拟软件介绍  19-22
    3.2.1 解题步骤  19-20
    3.2.2 FLUENT程序可以求解的问题  20-22
第四章催化转化器内部流动数值模拟  22-31
  4.1 催化器结构及工作原理  22
  4.2 数学模型  22-25
    4.2.1 流动控制方程  22-23
    4.2.2 湍流输送方程  23-24
    4.2.3 载体流动模型  24-25
  4.3 数值求解方法  25
  4.4 催化器模拟相关的计算参数  25-27
  4.5 结果分析  27-30
  4.6 本章小结  30-31
第五章催化器内部流动模拟结果分析  31-50
  5.1 扩张管不同角度对速度的影响  31-40
    5.1.1 不同扩张角的催化器的速度矢量图比较  31-36
    5.1.2 同一催化器扩张管不同截面速度分布比较  36-37
    5.1.3 不同扩张管催化器的速度分布比较  37-38
    5.1.4 不同扩张管催化器的压力损失比较  38-40
  5.2 不同进气速度催化器的流动特性  40-44
    5.2.1 不同进气速度对催化器内载体速度分布的影响  40-42
    5.2.2 不同进气速度对催化器内压力分布的影响  42-43
    5.2.3 不同进气速度下催化器内的静压比较(扩张管为60°)  43-44
  5.3 载体对催化器内流动的影响  44-48
    5.3.1 载体安装的位置对流动特性的影响  44-46
    5.3.2 耦合载体之间的距离对流动特性的影响  46-48
    5.3.3 载体长度对流动特性的影响  48
  5.4 本章小结  48-50
第六章总结与展望  50-52
  6.1 结论  50
  6.2 研究展望  50-52
参考文献  52-55
致谢  55-56
硕士学习阶段发表的学术论文  56

催化转化器内部流动的数值模拟及结构优化

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