车用歧管式催化器内流场及振动特性分析

• 作 者: 李明扬
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 岐管式催化转化器 流动特性 振动特性 数值模拟

三元催化转化是控制车辆尾气排放污染的机外净化所采用的主流技术。随着相当于欧Ⅲ、欧Ⅳ排放限值标准的国Ⅲ、国Ⅳ排放标准的实行,要求对汽车冷启动前40s的废气成分进行采样监测和限制,这使得催化器不仅要具有高转化率和长使用寿命,而且要有更加良好的起燃特性。常规形式的底盘下催化器达到标准面临很大困难。歧管式催化转化器就是在这种情况下诞生的全新结构,这种结构的优点是更加接近发动机,可以使催化剂快速起燃,充分发挥催化剂的效能,因而被执行欧Ⅲ以上排放标准的车辆广泛采用。论文建立了歧管式催化转化器的三维模型,应用FLUENT软件模拟了转化器内部在稳态和无化学反应的情况下,随着流量的变化转化器内部气流的速度场、压力场和温度场的分布状态。对比分析了“冲压半壳型”和“管板复合式”两种歧管式催化转化器与常规形式催化器在催化剂前迎风位置的速度分布。最后将分析结果与发动机性能试验的结果进行了对比分析。振动特性同样对歧管式催化转化器的可靠性及寿命起着至关重要的作用,结构形式的改变和工作位置的差异使得歧管式转化器的振动特性有别于其它形式的转化器,所以论文针对新型结构的催化转化器的振动特性进行分析。研究表明,入口流量的增大使模型压力损失明显增加；催化器内部气流轴向流速增大,且催化剂前端面气流径向分布的均匀性降低；歧管式催化转化器相对于常规形式的转化器气流分布更加均匀。模态分析计算得到转化器的前五阶固有频率、振型及应力分布,随着温度的升高使整个结构的各阶模态值相应的向低频方向偏移。