催化转化器能减少汽车排放物中的有害成分,是目前最有效的汽车排放控制装备。随着排放法规的日趋严格,对催化转化器性能的要求也越来越高,催化转化器的研发已经成为汽车工业中的热门话题。 催化转化器研发的传统手段是试验研究,它虽然可以为催化器的研发提供必要的信息,但是无法研究整个催化转化器内部气体传质、传热以及流动的情况。随着计算机技术的发展和催化转化器数学模型的成熟,出现了另一种研发手段——数值模拟。本文用数值模拟手段对催化转化器进行了研究,使用的Fluent是大型的计算流体力学软件(CFD),能够模拟复杂几何形状孔道中物质的流动和热传递。 对一种含Pd的三效催化剂进行实验室评估,并模拟了此催化剂的起燃过程。模拟结果显示了起燃过程中催化转化器载体温度场以及气体浓度场的变化。 载体的流速分布对催化转化器的使用效率、起燃特性和寿命都有很重要的影响;压力损失则影响着发动机动力性和燃油经济性。因此改善催化转化器的流动特性至关重要,它是催化转化器优化设计的目标之一。 通过催化转化器的稳态实验,分析了不同扩张角对催化转化器内流场的影响,然后对不同扩张管催化转化器的流场进行数值模拟。模拟结果显示了不同扩张管结构的载体内的流速分布,与稳态实验测试的结果基本一致。这说明CFD技术可用于催化转化器优化设计。研究中应用CFD技术对一形状不规则的催化转化器进行结构优化设计,分析了不同的入口管倾斜角、扩张管倾斜角对催化转化器流动特性的影响,找到了此催化转化器最优的结构参数。 本研究中的特点: 1.在建模过程中,运用CFD的知识和理论,建立了催化转化器内部流场和非稳态温度场数学模型,同时充分考虑化学反应放热对载体升温过程的影响,使得该模型更合理;分析了催化转化器内部流速分布均匀性,提出了符合数学模型的流速分布不均匀系数的计算方法。 2.在模型求解过程中,利用“Dual-Cell”网格求解技术,通过CFD软件Fluent的接口和自编的“Newton-Raphson”算法,对模型进行了计算。 3.通过实验与计算机模拟结果对比,验证了CFD技术在新型催化转化器研发中的有效性。