车用歧管式催化器内部流速及压力分析.pdf

《车用歧管式催化器内部流速及压力分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第3期(总第194期)车用发动机No．3(SeriaINo．194)2011年6月VEHICLEENGINEJun．2O11车用歧管式催化器内部流速及压力分析丁柏群，李明扬(东北林业大学交通学院，黑龙江哈尔滨150040)摘要：通过数值模拟和试验验证，分析了歧管式催化器内部气流的速度场、压力场和气流分布状态，并与常规的底盘下催化器进行了比较。结果表明：随入口流量的增大，歧管式催化器内部气流流速增大、压力损失增大、径向分布均匀性降低；气流的径向分布不同于常规催化器集中于轴线的轴对称形式，而是在载体前端面呈比较分散的状态，其中管板复合型歧管式催化器呈现多中心进气状态，均匀性较常

2、规催化器有较大提高。关键词：歧管式催化器；数值模拟；流速；压力；均匀性中图分类号：TK414．5文献标志码：B文章编号：1001—2222(2011)03—0020—05歧管式催化器是指安装在发动机舱内，由发动性方程、动量守恒方程、能量守恒方程和标准I~-E湍机排气歧管与催化转化器组成，且发动机歧管各支流模型等控制方程[33。管交汇处到催化器入口端的连续连接长度不大于连续性方程：500mm的催化器总成部件_1]。在最近我国汽车排+：=：0，1，2，3。(1)dZz放限制标准向国Ⅳ过渡的背景下，常规的底盘下催动量守恒方程：化器在满足冷起动工况检测方面遇到困难；歧管式催化器由于

3、安装位置非常接近发动机，所以能够在十一pf+，j=l'2，3。发动机起动之初就充分利用尾气热量迅速起燃，产(2)生催化作用，减少冷机阶段排放污染物，从而满足能量方程：国Ⅳ排放标准，同时结构也更加紧凑。[10(。+E)]+oL1+E)]一歧管式催化器有若干种具体型式，典型的是通常称为“管板复合型”和“冲压半壳型”的歧管式催化器。歧管式催化器的进气端与紧耦合式催化器及底p(fiui+q)+去时)。(3)盘下催化器在结构上有很大不同，因而其内部流场湍动能，c输运方程：尤其是进气端流场也有很大差异，而内部气流状态售at+az一azL[—(H+)．]+da工}J是影响催化器性能和寿命

4、的主要因素之一_2]。本研lG+Gb—p￡一yM+S。(4)究利用台架试验和Fluent软件数值模拟，分析歧管湍动能耗散率e输运方程：式催化器在不同入口流量下，内部气流速度、压力的+一[(1l+生)]+分布和变化，并与常规催化器进行比较。af’aza．z，L一’az，。．1气流状态的数学描述C1(+C3∈Gb)一C2P+S。(5)歧管式催化器的实际工作过程十分复杂，包括式(1)至式(5)中：p为密度；t为时间；“为速度矢量；湍流、传热、传质以及化学反应等各种物理化学现厂为矢量力；0为i，J方向的应力张量分量；为速象。本研究对实际过程作适当简化，假定催化器中度；E为内能；T为

5、温度；q为单位质量流体内热源无化学反应、尾气处于稳态流动、歧管和催化器内为单位时间内的发热量；G为平均速度梯度引起的湍不可压缩的湍流状态理想气体。在此假设条件下对动能的产生项；G为浮力引起的湍动能的产生歧管式催化器中的流场进行仿真计算，须考虑连续项；y为可压湍流中脉动扩张的贡献；e方程中的收稿日期：20lO12-06；修回日期：2ol1一O5一O5作者简介：丁柏群(1963一)，男，教授，硕士，主要研究方向为汽车排放有害污染物净化、交通对环境影响及减控；ding—bq@163．corn。2011年6月丁柏群，等：车用歧管式催化器内部流速及压力分析其他参数分别为C一1．44，

6、C一1．92，C。一0．09，适的孔隙率、多孔介质流阻系数来近似模拟催化器一1．0，：1．3。压力项和速度项之间的耦合关系载体对气流的影响。气流在多孔介质区的流动为层采用Simplec算法。流流动，则根据Darcy定律，气流流经催化器载体时产生的压降可表示为_42边界条件1Ap===m1ll+÷2。(6)2．1网格划分ID厶式中：m为黏性阻力系数；m为惯性阻力系数。不把利用Catia完成的歧管式催化器3D数模以同载体有不同的和m。。STP格式分别导人Gambit软件进行网格划分，并流体属性由于排出气体的各种物理属性与空对边界条件进行初始设置，4个进气口为流量入口，气类似，所

7、以设置流体的材料属性为空气，物理性质出口为压力出口，其余为壁面边界条件。划分结果设置见表2。见图1。表2流动介质的物理属性【名称J比热容／热导率／黏性／Pa·s·(kg·K)一J·(m·K)一1【空气11560．07184．55×1053结果及分析进3．1仿真结果a管板复合型歧管式催化器计算方法为标准的求解N-S方程组迭代求解方式：给定初场，然后联立求解每个网格单元上的N-S方程组，反复迭代，直到计算达到收敛。进在排气歧管单个进气口流量分别为0．01kg／s进口和0．02kg／s的情况下，分别对模型进行50次迭代b