三元催化器的介观数值模拟和应用设计研究
发布时间：2021-03-20 23:06
随着我国经济的快速发展,汽车已经成为人们生活中重要的一部分,随之而来产生的尾气污染也逐渐成为一个严重的问题。目前三元催化器（Three-Way Catalyst,TWC）是控制排放、解决尾气污染的重要装置之一,且效果明显,广泛应用。三元催化器的使用寿命和转化效率很大程度受限于催化器内部的流场,主要包括流动均匀性和流阻特性,因此研究车用三元催化器的流动性能具有重要的实用意义。基于三元催化器流场包含多孔介质和温度场的特性,本文构建了三元催化器多孔介质流场和温差发电模块结合的装置,利用格子Boltzmann方法对其速度场和温度场进行模拟。格子Boltzmann方法（Lattice Boltzmann Method,LBM）是近几十年来发展产生的一种新的解决复杂流动建模和模拟的工具。与传统的流体计算方法不同,格子Boltzmann方法基于分子动理论,在微观上连续,在宏观上离散,因此被称为介观模拟方法。相比于传统的CFD方法,格子Boltzmann方法具有编码容易、边界处理简单,并行运算等优点。本文将运用格子Boltzmann方法对三元催化器内部流场进行模拟和分析。通过建立不同物理模型和模拟不同...
【文章来源】：浙江科技学院浙江省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三元催化器的基本结构
62.减振层减振层是夹在载体和壳体之间的一块由软质且耐高温材料制成的垫层，它的作用是使载体在壳体内位置牢固，防止载体由于振动而产生位移和损坏，同时也可以补偿陶瓷载体和金属外壳之间由于热胀冷缩而产生的间隙，保证载体周围的气密性，使得尾气尽可能的都通过催化载体。另外减振层还有良好的隔热能力，因此它还可以减小载体内部的温度梯度，减小载体承受的热应力和壳体的热变形。常见的减振层材料有金属和陶瓷两种，形式分别为金属网垫和陶瓷密封垫。陶瓷密封垫层在隔热性、抗冲击性、密封性和高温下对载体的固定能力等方面优于金属网，因此是主要采用的的减震垫形式。而金属网垫层由于其有良好的弹性变形能力，能够适应载体几何结构和尺寸的差异，具有灵活应用的优点，因此在某些情况下也有所使用。3.载体和催化剂（催化体）载体和催化剂构成的催化体是三元催化器的核心部分，它决定了三元催化器的主要性能指标，其构成如图1-2所示，主要由蜂窝状陶瓷载体、涂层以及贵金属构成的催化剂组成，其中催化剂是以涂层形式涂抹在蜂窝状载体的外表面，当气流通过催化体时，催化剂会与尾气中的有害物质发生反应，从而起到过滤净化尾气的功能。蜂窝状载体具有排气阻力孝机械强度大、热稳定性好和耐冲击能强等优良性能，是一种最广泛使用的催化载体形式。目前市场上销售的汽车排气系统中的图1-2三元催化器载体
81.3.2三元催化器性能指标三元催化器有其特定的性能评价指标，本节将主要介绍三元催化器特定的五项性能指标：转化效率、空燃比特性、起燃特性、速度特性以及流动特性。1.转化效率发动机产生的尾气经过三元催化器的催化反应之后，排出气体中存在的有害气体相较于进入的尾气得到了不同程度的降低。定义催化器的转化效率为：=2×00%(1-1)式中，----------催化器对有害气体x的转化效率；------有害气体x在催化器入口处的浓度；2------有害气体x在催化器出口处的浓度。2.空燃比特性催化器空燃比效率的高低与发动机的空燃比α(或者过量空气系数)有关，转化效率随空燃比的变化称为催化转化器的空燃比特性，如图1-3所示。三元催化器在空燃比(=1或者α≈4.7)附近的狭窄区域内对CO、HC和NOX的转化效率同时达到最高，这个区域被称为“窗口”。在实际使用过程中，为了使催化剂能保持在这个窗口内工作，需要使用闭环电子控制燃油控制系统和氧传感器。图1-3空燃比特性曲线3.起燃特性催化转化器中的催化剂的转化效率的高低与温度有密切联系，只有达到一定温度催化剂才能开始工作即起燃。对于起燃特性有两种评判方法，一种是起燃温
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽车后市场,新蓝海风高浪急[J]. 柳擎浣. 产城. 2019(07)
[2]汽车发动机排放污染分析及对策[J]. 卢敏. 内燃机与配件. 2019(11)
[3]温室气体CO2应用领域及回收技术[J]. 边文娟,董乾. 内蒙古煤炭经济. 2019(06)
[4]汽车尾气的危害及其净化方法概述[J]. 郭海燕,杨正文. 中外企业家. 2018(28)
[5]浅谈城市客车尾气排放的危害及控制方法[J]. 龚兰军. 汽车实用技术. 2018(15)
[6]催化转化器流场分析及关键结构参数优化[J]. 高伟,邓召文. 拖拉机与农用运输车. 2018(04)
[7]环保部征求意见 轻型车2020年迈入“六”时代[J]. 余梦洁. 商用汽车新闻. 2016(19)
[8]新型三元催化器特性的试验研究与数值仿真[J]. 韩建军,蒋彦龙,王合旭,熊文倩. 新技术新工艺. 2015(08)
[9]汽油机三元催化器内流场与热应力分析[J]. 刘智鑫. 汽车工程学报. 2014(05)
[10]汽车尾气催化转化器金属载体表面翅结构对载体小孔内流场的影响[J]. 王春旋,孙海平,高智强. 机床与液压. 2009(10)
博士论文
[1]格子Boltzmann方法在多孔介质流中的多尺度应用研究[D]. 王灵权.重庆大学 2017
硕士论文
[1]一种新型汽车三元催化器的仿真分析及优化设计[D]. 韩建军.南京航空航天大学 2014
[2]基于格子Boltzmann方法的微尺度气体流动模拟[D]. 杨超.东北大学 2013
[3]汽车催化转化器流场仿真分析研究[D]. 黄鑫.东北大学 2010
[4]多孔介质内复杂流体的格子Boltzmann模拟[D]. 严微微.浙江师范大学 2006
[5]加装三元催化净化器对天然气汽车发动机燃烧影响的数值研究[D]. 张军.重庆大学 2005
[6]天然气汽车三元催化器净化特性研究[D]. 闫云飞.重庆大学 2004
[7]天然气汽车催化净化装置流动数值模拟及优化设计[D]. 修恒旭.重庆大学 2004
[8]汽油车催化转化器流场研究与结构优化设计[D]. 梁昱.湖南大学 2003
本文编号：3091835
【文章来源】：浙江科技学院浙江省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三元催化器的基本结构
62.减振层减振层是夹在载体和壳体之间的一块由软质且耐高温材料制成的垫层，它的作用是使载体在壳体内位置牢固，防止载体由于振动而产生位移和损坏，同时也可以补偿陶瓷载体和金属外壳之间由于热胀冷缩而产生的间隙，保证载体周围的气密性，使得尾气尽可能的都通过催化载体。另外减振层还有良好的隔热能力，因此它还可以减小载体内部的温度梯度，减小载体承受的热应力和壳体的热变形。常见的减振层材料有金属和陶瓷两种，形式分别为金属网垫和陶瓷密封垫。陶瓷密封垫层在隔热性、抗冲击性、密封性和高温下对载体的固定能力等方面优于金属网，因此是主要采用的的减震垫形式。而金属网垫层由于其有良好的弹性变形能力，能够适应载体几何结构和尺寸的差异，具有灵活应用的优点，因此在某些情况下也有所使用。3.载体和催化剂（催化体）载体和催化剂构成的催化体是三元催化器的核心部分，它决定了三元催化器的主要性能指标，其构成如图1-2所示，主要由蜂窝状陶瓷载体、涂层以及贵金属构成的催化剂组成，其中催化剂是以涂层形式涂抹在蜂窝状载体的外表面，当气流通过催化体时，催化剂会与尾气中的有害物质发生反应，从而起到过滤净化尾气的功能。蜂窝状载体具有排气阻力孝机械强度大、热稳定性好和耐冲击能强等优良性能，是一种最广泛使用的催化载体形式。目前市场上销售的汽车排气系统中的图1-2三元催化器载体
81.3.2三元催化器性能指标三元催化器有其特定的性能评价指标，本节将主要介绍三元催化器特定的五项性能指标：转化效率、空燃比特性、起燃特性、速度特性以及流动特性。1.转化效率发动机产生的尾气经过三元催化器的催化反应之后，排出气体中存在的有害气体相较于进入的尾气得到了不同程度的降低。定义催化器的转化效率为：=2×00%(1-1)式中，----------催化器对有害气体x的转化效率；------有害气体x在催化器入口处的浓度；2------有害气体x在催化器出口处的浓度。2.空燃比特性催化器空燃比效率的高低与发动机的空燃比α(或者过量空气系数)有关，转化效率随空燃比的变化称为催化转化器的空燃比特性，如图1-3所示。三元催化器在空燃比(=1或者α≈4.7)附近的狭窄区域内对CO、HC和NOX的转化效率同时达到最高，这个区域被称为“窗口”。在实际使用过程中，为了使催化剂能保持在这个窗口内工作，需要使用闭环电子控制燃油控制系统和氧传感器。图1-3空燃比特性曲线3.起燃特性催化转化器中的催化剂的转化效率的高低与温度有密切联系，只有达到一定温度催化剂才能开始工作即起燃。对于起燃特性有两种评判方法，一种是起燃温
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽车后市场,新蓝海风高浪急[J]. 柳擎浣. 产城. 2019(07)
[2]汽车发动机排放污染分析及对策[J]. 卢敏. 内燃机与配件. 2019(11)
[3]温室气体CO2应用领域及回收技术[J]. 边文娟,董乾. 内蒙古煤炭经济. 2019(06)
[4]汽车尾气的危害及其净化方法概述[J]. 郭海燕,杨正文. 中外企业家. 2018(28)
[5]浅谈城市客车尾气排放的危害及控制方法[J]. 龚兰军. 汽车实用技术. 2018(15)
[6]催化转化器流场分析及关键结构参数优化[J]. 高伟,邓召文. 拖拉机与农用运输车. 2018(04)
[7]环保部征求意见 轻型车2020年迈入“六”时代[J]. 余梦洁. 商用汽车新闻. 2016(19)
[8]新型三元催化器特性的试验研究与数值仿真[J]. 韩建军,蒋彦龙,王合旭,熊文倩. 新技术新工艺. 2015(08)
[9]汽油机三元催化器内流场与热应力分析[J]. 刘智鑫. 汽车工程学报. 2014(05)
[10]汽车尾气催化转化器金属载体表面翅结构对载体小孔内流场的影响[J]. 王春旋,孙海平,高智强. 机床与液压. 2009(10)
博士论文
[1]格子Boltzmann方法在多孔介质流中的多尺度应用研究[D]. 王灵权.重庆大学 2017
硕士论文
[1]一种新型汽车三元催化器的仿真分析及优化设计[D]. 韩建军.南京航空航天大学 2014
[2]基于格子Boltzmann方法的微尺度气体流动模拟[D]. 杨超.东北大学 2013
[3]汽车催化转化器流场仿真分析研究[D]. 黄鑫.东北大学 2010
[4]多孔介质内复杂流体的格子Boltzmann模拟[D]. 严微微.浙江师范大学 2006
[5]加装三元催化净化器对天然气汽车发动机燃烧影响的数值研究[D]. 张军.重庆大学 2005
[6]天然气汽车三元催化器净化特性研究[D]. 闫云飞.重庆大学 2004
[7]天然气汽车催化净化装置流动数值模拟及优化设计[D]. 修恒旭.重庆大学 2004
[8]汽油车催化转化器流场研究与结构优化设计[D]. 梁昱.湖南大学 2003
本文编号：3091835
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