加装三元催化净化器对天然气汽车发动机燃烧影响数值的研究

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1、重庆大学硕士学位论文符号说明目录符号aDf1，f2，f3klmPPrReSTuvwαρρmμυεηΦaΓ角标kεeff，ei，j，ktE，S，W，N，Pe，w，s，n，p单位m2/smm2/s2mkgPaKm/sm/sm/s33Pa・s223III说明热扩散率直径湍流模型系数湍动能长度质量压力普朗特数雷诺数位移，源项温度x向速度y向速度z向速度空燃比密度，流体密度组分m的密度动力粘度运动粘度湍能耗散系数转换效率过量空气系数扩散系数k方程参数ε方程参数有效参数方向坐标温度相邻容积中心控制容积界面kg/mkg/mm/sm/s重庆大学硕士学位论文1绪论1绪论1.1研究背景及课题来源随

2、着改革开放，我国的汽车工业和交通运输业得到了迅猛发展。现在全国汽车总保有量超过了2000万辆，且正以每年17％左右的速度递增。随着经济的进一步发展，交通运输、汽车生产量和保有量必将持续高速增长，预计2010年我国汽车总保有量将达4400万辆。这必将对环境污染和能源供给造成极大的压力，对汽车排放的控制、燃油经济性的改善、新能源车的开发、汽车电子技术等方面提出更严格的要求。现在，世界汽车工业正面临一场革命。面对消费者对汽车高性能、低成本的要求，同时也面临环境保护、燃油经济性和安全性等越来越严格的法规和标准，汽车工业该何去何从？专家预测：本世纪汽车工业追求的目标应该是：节省能源、减少污染、安全舒

3、适及智能化。摆在我们面前的现实问题是应正视汽车和内燃机的排放问题，吸收各工业国家的先进经验，为满足中国经济发展的需求和国民需求，提供低污染的汽车产品[1-3]。汽车排气污染及净化问题引起各国政府和市民的高度重视，控制汽车排放污染也一直是各国竞相研究的重要课题。对于发动机而言，其控制技术可分为三类：以改进发动机燃烧过程为核心的机内净化技术，在排气系统中采用化学或物理的方法对已生成的有害排放物进行净化的排放后处理技术，以及对来自曲轴箱和供油系统的有害排放物进行净化的排气污染控制技术。后两类也统称为机外净化技术。实践证明仅靠汽车发动机机前处理和机内净化已不能满足日益严格的排放法规要求，催化转化技

4、术作为降低汽车排气污染的后处理最为有效的措施，已越来越受到各国的重视。不良设计对发动机的影响十分复杂。发动机自身的性能参数，如功率、油耗和噪声等都是相互制约的，当增加了一个装置堵在排气通道中时，必然引起各个性能参数的变化。若设计不当，则排气管受堵，背压增高。同时，它还带来不为人深知的动态效应，即排气是高频、间歇完成的。当排气遇到障碍时，气体被很快压缩形成压力波，并反射回汽缸，影响进一步的排气或下次排气或其他汽缸的排气。国内近期推出了各种系列不同型号的排气催化转化器产品，它们能减少机动车的污染物排放量，对治理汽车排气污染发挥了一定的作用。车用催化转化器必须在具有较高转化效率的同时，保持汽车正

5、常的运转状态，即在安柴排气催化转化器前对汽车的动力性、经济性和噪声水平等指标不能发生显著的变化，催化转化器可靠性和转化效率必须达到一定的要求。所有这些都要求排气催化转化器与发动机之间实现良好的匹配。本文研究课题来源于重庆科委攻关项目“天然气汽车低NOX控制技术及装置”1重庆大学硕士学位论文1绪论（编号：2002-07）及重庆市自然科学基金项目“多缸汽车发动机进排气性能计算机耦合仿真优化”编号：2003-7956）。本文对加装三元催化净化器对天然气汽车发动机燃烧影响进行了数值研究。得出加装三元催化净化器后对天然气汽车发动机燃烧及排放特性有较大影响。1.2大气污染及汽车污染现状1.2.1大气

6、污染状况汽车作为现代的一种交通工具，在国民经济、人民生活中起着重要的作用。许多发达国家（如美国、日本、德国等）将汽车工业作为本国国民经济的支柱产业。我国到2010年也将使汽车工业真正成为国民经济的支柱产业，并带动其他相关产业迅速发展。然而，汽车作为工业化进程中的典型产品，在给人类带来交通便利、社会繁荣的同时，也给环境带来了很大的危害。随着汽车工业的高速发展，汽车保有量的急剧增加，汽车产生的有害气体已成为地球的主要大气污染源。据统计：汽车排放的有害气体已占全球整个大气污染的50％以上，这可能会导致整个地球生态环境的变化，直接影响和威胁人类的生活和生存。尤其在城市人口居住密集的地方，汽车密度大

7、，而且发动机大多在低速、频繁起动制动的高排放工况，再加上建筑物密集使得空气的流动性差，因此控制城市车辆的有害污染物排放十分迫切。欧洲1994年的研究表明：当年欧洲汽车大气污染的有害气体CO、HC、N0x的分担率分别为69％、47％、63％。我国北京市1999年汽车大气污染物的分担率为：非采暖期CO、HC、分别为0％、79%、55％：采暖期分别为64％、73％、27％[4]。1.2.2汽车排放污染物的生成机理及危害由于N2