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歧管式催化转化器的结构设计及优化
| 论文题名： | 歧管式催化转化器的结构设计及优化 |
| 关键词： | 歧管式催化转化器;结构设计;数值模拟;三维建模 |
| 摘要： | 随着汽车工业的不断发展，世界各国汽车的产销量不断增加，由此带来的空气污染问题日益严重，基于环境污染问题各国不断出台日益严格的汽车排放法规，各大车企日益重视催化转化器的研究。如今常规催化转化器已经无法满足欧Ⅵ排放标准，尤其是汽车冷启动阶段它无法有效地控制汽车排放污染物，于是人们从改变催化剂的化学成分以及催化转化器的结构入手使催化转化器在汽车冷启动阶段能够迅速起燃，提高汽车废气转化率。本文围绕歧管式催化转化器的结构设计进行研究，利用CAE软件对其进行内流场及热应力仿真，根据数值模拟计算结果对歧管式催化转化器的结构进行优化。 本文首先根据气缸盖及催化转化器出口法兰面的空间位置，采取从下至上的设计策略，结合排气歧管的设计理论对歧管式催化转化器进行结构设计，同时确定各个部件的具体尺寸，利用UG软件完成其三维建模；然后利用STAR-CCM+流体力学仿真软件对歧管式催化转化器进行内流场仿真计算，计算结果表明初步设计的歧管式催化转化器额定工况下最大流动压力损失超过了设计限制20kPa，各支管流动压力损失不均匀，各缸排气时载体前端面速度均匀性系数均低于设计限值0.8，同时氧传感器无法同时探测到各缸排出废气中氧离子含量，根据CFD仿真结果在原始模型的基础上对各支管管路走向以及前端盖形状同时进行修改，改进模型各支管的长度更加接近，前端盖高度有所增加，优化后的模型内流场仿真结果表明改变管路走向能有效地降低支管的流动压力损失及最大压损均匀度，前端盖形状的优化提高了载体前端面速度均匀性系数，同时使得氧传感器能处于主流区域，改进后的模型满足各项流场设计指标，结构改进合理；然后基于流固耦合原理，利用同时进气法对优化后的歧管式催化转化器模型进行稳态温度场和热应力分析，计算结果表明，其最大热应力为209MPa，低于其抗拉强度290MPa，改进后的歧管式催化转化器模型结构设计合理。 本文完成了歧管式催化转化器的设计与分析工作，还需要完成相关的发动机台架验证试验。本文的工作对歧管式催化转化器的研究具有一定的指导意义，为今后歧管式催化转化器的结构设计提供了理论基础。 |
| 作者： | 孙立旺 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 侯献军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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