催化消声器性能分析与优化
发布时间：2022-01-21 20:07
催化器和消声器是整个排气系统的核心部件,催化器用于减少车辆尾气污染物的排放,消声器用于降低尾气噪声,从而达到车辆排放标准和满足乘客的舒适性要求。催化器和消声器紧耦合组成的催化消声器兼具减排降噪的功能,节省排气系统的空间结构。基于国六排放系统研发的催化消声器,由DOC、DPF、SCR载体和消声器组成,目前这种结构的性能在国内的研究还比较少。本文对新型催化消声器的流场特性、声学性能与结构强度进行了研究,为进一步的催化消声器优化设计提供参考依据。基于催化消声器三维几何模型进行网格划分,建立考虑尿素溶液的喷射和化学反应的流体仿真模型,并进行流体计算。根据计算结果,分析催化消声器流体的速度场、温度场、压力场,并结合速度均匀性系数、压力损失、质量分数均匀性系数定量评价。结果表明,催化消声器载体流速分布均匀,温差小,产生的压力损失较大,而SCR载体进口截面的NH3质量分数均匀性系数较低,有进一步优化空间。搭建催化消声器声学有限元模型,计算声学传递损失,对催化消声器的消声性能进行分析。同时,探究了载体个数、流速等参数对催化消声器消声性能的影响。基于双向流固耦合方法,建立流固耦合计...
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
010-2017年中国车用柴油机销量
图1.1所示。柴油发动机的功率大，相比汽油机能提供更好的动力性，多用于商用车，尤其是中重型车。但是，柴油发动机的尾气排放含有CO(一氧化碳)、HC（碳氢化合物）、NOX（氮氧化合物）、PM（颗粒物）等污染物，对环境和人体产生了极大的威胁。2013年国五排放标准在北京首先实施，时至2018年国五已全面实施，该标准限定了CO、HC、NOX、PM在ESC试验中的值分别为1.5、0.46、2.0、0.02g/kWh。2018年重型柴油车国六排放标准发布，在2019年7月实施，标准限定了CO、HC、NOX、PM在WHSC试验中的值分别为1.5、0.13、0.4、0.01g/kWh，如图1.2所示。不断推出的法规，对汽车尾气排放污染物的含量限制不断严苛。2020年轻型车国六标准将会推出，这无疑对汽车后处理系统又是一个新的挑战。近几年，电动汽车和燃料电池汽车的研究和开发席卷全球，国内也不例外，但对于追求动力性的商用车来说，关注的焦点依旧是排气后处理技术。图1.12010-2017年中国车用柴油机销量图1.2重型柴油车污染物排放限值柴油车尾气排放后处理最初也只是加装DPF(颗粒捕捉器DieselParticulateFilter)过滤过多的颗粒物，发展到现在柴油车尾气排放后处理的结构也越来越复杂，技术也不断提高，但是国内国外在CO、HC、NOX、PM等污染物净化效果的差距也是相当明显。我国的排放标准基本参考欧洲标准，国六也参考了欧六，而欧六已经于2014年在欧洲实施，但国内实施较晚且未全面实施。欧六阶段，国外在轻型柴油车后处理技术上主要采用DPF+LNT(稀燃NOX捕集器LeanNOXTrap)和DPF+SCR（选择性催化还原器SelectiveCatalyticReduction）两条技术路线。在重型柴油车上主要采用的技术路线是EGR(废气再循环ExhaustGasRe-circulation)+DOC（氧化型催化器DieselOxidationCatalyst）+DPF+SCR且要求SCR效率在90%以上
2.催化消声器流场分析13述可表达为：wSwkdVvkndSdVt（2-27）式中，k为网点上的因变量，V为速度向量，n为方向余弦向量，Γ为广义变量的广义扩散系数。2.2.1模型建立本文的研究对象是某款重型柴油车催化消声器，为满足国Ⅵ排放标准而研发的一款系统。因催化消声器各部件的几何特征较为复杂，应用有限元前处理软件Hypermesh将三维几何模型进行简化并划分面网格，催化消声器的几何模型如图2.1所示。图2.1催化消声器几何模型将催化消声器几何模型导入Hypermesh有限元软件中，首先对几何模型出现错位、缝隙、重叠的部位进行几何清理。接着，对模型进行简化处理：提取几何模型的内表面，清除其余实体部分；模型的进出口面向外各拉伸60mm，防止三维仿真计算时回流的产生。最后，采用网格工具进行有限元网格划分。为综合考虑CFD模型的准确性与计算效率，在优先保证计算精度基础上控制模型网格数量。其中，穿孔管与穿孔板厚度较薄，壁面孔数量多且分布较密集，因此网格尺寸控制在1-2mm，孔厚度方向的网格层数为2层。
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽车排气消声器声学性能改进研究[J]. 陈琪,兰凤崇,陈吉清,黄培鑫. 机械设计与制造. 2018(04)
[2]汽车排气系统声学性能快速预测方法的研究[J]. 张杨,邓兆祥,温逸云. 汽车工程. 2018(02)
[3]基于GT-Power的汽车排气系统开发[J]. 刘淑玉,赵辉,李锐. 汽车科技. 2018(01)
[4]集成式催化消声器三维声场仿真及试验研究[J]. 黄龙,蒋彦龙,王瑜,方堃. 汽车技术. 2017(12)
[5]某增压发动机排气热端耐久性分析与优化[J]. 李相旺,黄凤琴,张志明,何宝俊,邹雄才,张文龙,王伟民. 汽车工程. 2017(10)
[6]考虑热机耦合的排气歧管多目标优化设计[J]. 张俊红,张玉声,王健,徐喆轩,胡欢,赵永欢. 浙江大学学报(工学版). 2017(06)
[7]紧耦型SCR催化器混合段的性能研究[J]. 郑贵聪,许智强,张婷,沈彩琴,颜传武,陆胜旗. 车用发动机. 2016(03)
[8]增压直喷汽油机排气歧管低周疲劳的研究[J]. 刘凯敏,杨靖,张思远,王毅,孙承,潘俊杰. 汽车工程. 2016(03)
[9]某乘用车排气系统振动性能的优化[J]. 吴杰,蒋苗苗,罗玉涛. 汽车工程. 2015(12)
[10]中重型卡车催化消声器流场特性[J]. 徐晓明,江浩斌,宫燃. 交通运输工程学报. 2015(05)
硕士论文
[1]SCR催化消声器声学特性与流场特性研究[D]. 周磊.江苏大学 2017
[2]Urea-SCR催化器系统的仿真与研究[D]. 白丹丹.大连理工大学 2012
[3]乘用车排气系统冷端内流场仿真及消声器再生噪声预测[D]. 郭学敏.武汉理工大学 2011
本文编号：3600878
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
010-2017年中国车用柴油机销量
图1.1所示。柴油发动机的功率大，相比汽油机能提供更好的动力性，多用于商用车，尤其是中重型车。但是，柴油发动机的尾气排放含有CO(一氧化碳)、HC（碳氢化合物）、NOX（氮氧化合物）、PM（颗粒物）等污染物，对环境和人体产生了极大的威胁。2013年国五排放标准在北京首先实施，时至2018年国五已全面实施，该标准限定了CO、HC、NOX、PM在ESC试验中的值分别为1.5、0.46、2.0、0.02g/kWh。2018年重型柴油车国六排放标准发布，在2019年7月实施，标准限定了CO、HC、NOX、PM在WHSC试验中的值分别为1.5、0.13、0.4、0.01g/kWh，如图1.2所示。不断推出的法规，对汽车尾气排放污染物的含量限制不断严苛。2020年轻型车国六标准将会推出，这无疑对汽车后处理系统又是一个新的挑战。近几年，电动汽车和燃料电池汽车的研究和开发席卷全球，国内也不例外，但对于追求动力性的商用车来说，关注的焦点依旧是排气后处理技术。图1.12010-2017年中国车用柴油机销量图1.2重型柴油车污染物排放限值柴油车尾气排放后处理最初也只是加装DPF(颗粒捕捉器DieselParticulateFilter)过滤过多的颗粒物，发展到现在柴油车尾气排放后处理的结构也越来越复杂，技术也不断提高，但是国内国外在CO、HC、NOX、PM等污染物净化效果的差距也是相当明显。我国的排放标准基本参考欧洲标准，国六也参考了欧六，而欧六已经于2014年在欧洲实施，但国内实施较晚且未全面实施。欧六阶段，国外在轻型柴油车后处理技术上主要采用DPF+LNT(稀燃NOX捕集器LeanNOXTrap)和DPF+SCR（选择性催化还原器SelectiveCatalyticReduction）两条技术路线。在重型柴油车上主要采用的技术路线是EGR(废气再循环ExhaustGasRe-circulation)+DOC（氧化型催化器DieselOxidationCatalyst）+DPF+SCR且要求SCR效率在90%以上
2.催化消声器流场分析13述可表达为：wSwkdVvkndSdVt（2-27）式中，k为网点上的因变量，V为速度向量，n为方向余弦向量，Γ为广义变量的广义扩散系数。2.2.1模型建立本文的研究对象是某款重型柴油车催化消声器，为满足国Ⅵ排放标准而研发的一款系统。因催化消声器各部件的几何特征较为复杂，应用有限元前处理软件Hypermesh将三维几何模型进行简化并划分面网格，催化消声器的几何模型如图2.1所示。图2.1催化消声器几何模型将催化消声器几何模型导入Hypermesh有限元软件中，首先对几何模型出现错位、缝隙、重叠的部位进行几何清理。接着，对模型进行简化处理：提取几何模型的内表面，清除其余实体部分；模型的进出口面向外各拉伸60mm，防止三维仿真计算时回流的产生。最后，采用网格工具进行有限元网格划分。为综合考虑CFD模型的准确性与计算效率，在优先保证计算精度基础上控制模型网格数量。其中，穿孔管与穿孔板厚度较薄，壁面孔数量多且分布较密集，因此网格尺寸控制在1-2mm，孔厚度方向的网格层数为2层。
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽车排气消声器声学性能改进研究[J]. 陈琪,兰凤崇,陈吉清,黄培鑫. 机械设计与制造. 2018(04)
[2]汽车排气系统声学性能快速预测方法的研究[J]. 张杨,邓兆祥,温逸云. 汽车工程. 2018(02)
[3]基于GT-Power的汽车排气系统开发[J]. 刘淑玉,赵辉,李锐. 汽车科技. 2018(01)
[4]集成式催化消声器三维声场仿真及试验研究[J]. 黄龙,蒋彦龙,王瑜,方堃. 汽车技术. 2017(12)
[5]某增压发动机排气热端耐久性分析与优化[J]. 李相旺,黄凤琴,张志明,何宝俊,邹雄才,张文龙,王伟民. 汽车工程. 2017(10)
[6]考虑热机耦合的排气歧管多目标优化设计[J]. 张俊红,张玉声,王健,徐喆轩,胡欢,赵永欢. 浙江大学学报(工学版). 2017(06)
[7]紧耦型SCR催化器混合段的性能研究[J]. 郑贵聪,许智强,张婷,沈彩琴,颜传武,陆胜旗. 车用发动机. 2016(03)
[8]增压直喷汽油机排气歧管低周疲劳的研究[J]. 刘凯敏,杨靖,张思远,王毅,孙承,潘俊杰. 汽车工程. 2016(03)
[9]某乘用车排气系统振动性能的优化[J]. 吴杰,蒋苗苗,罗玉涛. 汽车工程. 2015(12)
[10]中重型卡车催化消声器流场特性[J]. 徐晓明,江浩斌,宫燃. 交通运输工程学报. 2015(05)
硕士论文
[1]SCR催化消声器声学特性与流场特性研究[D]. 周磊.江苏大学 2017
[2]Urea-SCR催化器系统的仿真与研究[D]. 白丹丹.大连理工大学 2012
[3]乘用车排气系统冷端内流场仿真及消声器再生噪声预测[D]. 郭学敏.武汉理工大学 2011
本文编号：3600878
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