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原文传递发动机歧管式催化转化器热流耦合分析

论文题名：	发动机歧管式催化转化器热流耦合分析
关键词：	汽车发动机;歧管式催化转化器;改进设计;热流耦合;计算流体力学;模拟仿真
摘要：	随着现代化进程的加快以及汽车工业和交通运输业的发展，城市汽车的保有量正在快速增长，由此而引发的空气污染也越来越受到人们的重视，机动车排放标准也越来越严格。我国已于2010年7月1日开始实施了GB18352.3-2005轻型车第Ⅳ阶段标准，新标准对汽车冷启动的排放进行了严格限制。为了满足新法规，歧管式催化转化器应运产生。它安装更接近缸体，利用通过催化器的高温尾气能够快速预催化剂使之达到起燃温度从而较大地提高转化效率，降低排放。目前，歧管式催化转化器的流场、传热和热应力计算已成为催化转化器设计中的一大研究课题。　　本文通过对某歧管式催化转化器进行建模、计算，分析其内流场、温度场、热应力场等的分布规律，在此基础上对歧管式催化转化器结构进行改型，并对两者进行比较分析。　　本文首先介绍了歧管式催化转化器的优势、设计方法和国内外的研究现状，然后简述了计算流体力学(CFD)在歧管式催化转化器模拟仿真中所涉及的理论基础，主要介绍数值计算的理论、计算流体力学的发展，描述了歧管式催化转化器流场区中的质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和流固体之间的传热方程等基本控制方程，并着重叙述了催化器内载体简化成的多孔介质模型和有限体积法求解应力部分的数学模型，推导出多孔介质粘性阻力和惯性阻力的计算公式，比较了有限体积法与有限元法的差别，为歧管式催化转化器进行热流耦合过程的模拟计算奠定了理论基础。　　其次，应用STAR-CCM+流体计算软件模拟歧管式催化转化器的热流耦合稳态情况，主要工作是将导入STAR-CCM+软件的三维模型对歧管式催化转化进行网格划分和物理模型分析，研究在5000r/min时工况下热流耦合时歧管式催化转化器内的压力场、速度场、温度场、热应力场的分布情况，分析了歧管式催化转化器内部流场的流动特性和固体的热应力特性，研究了阻力损失、热应力集中的原因。分析结果表明：歧管式催化转化器载体中间截面的速度匀系数平均值为0.915和νmax/νmean平均值为1.14，均落在理想区域内，背压值平均值为14.4kPa，传感器没有选择在涡流易形成的催化器前端盖区域，但各情况的背压浮动率相对较大，整个排气歧管温度分布很不均匀，排气歧管区域的热应力较大，可对其进行结构改型。　　然后在原始模型基础上对歧管式催化转化器进行改进设计，对比分析两种歧管式催化转化器压力场、速度场、温度场、热应力场的差别，然后对改进模型进行瞬态模拟。计算结果表明，改进以后的歧管式催化转化器的综合性能得到提升，改进后的结果基本令人满意。　　最后对所开展研究的工作进行了总结，对后续的研究工作进行了展望。
作者：	白洁
专业：	动力机械及工程
导师：	颜伏伍;刘志恩
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文