天然气汽车催化净化装置流动数值模拟及优化设计

【摘要】：随着我国汽车拥有量与日俱增,汽车尾气中所含CO、HC和NOx等成分对大气造成的污染日趋严重。在一些大中城市,汽车尾气已成为主要的大气污染源之一。天然气的低排放、低燃料费用和合理的燃料资源配置,使其作为汽车发动机燃料在国际上日益受到重视,天然气汽车成为清洁汽车的发展趋势之一。目前国内天然气汽车专用催化器的研究尚处于初级阶段,多是直接将汽油车的三元催化器用在天然气汽车上,势必会造成天然气汽车成本的增加。而且,随着整车动力的提高和大气环境标准的严格,加强天然气汽车尾气催化净化的理论和应用研究,将有助于研究开发天然气汽车专用三元催化器,促进清洁汽车的有效推广。 本文对天然气汽车专用三元催化器进行了流动特性的分析和设计优化。文中采用数值模拟方法对三元催化器内的流场进行分析,指出增大催化器扩张管的角度会增大气体的流动不均匀分布;但同时由于扩张管角度增大会导致催化器内流速减小,有利于汽车尾气的净化。文中还数值研究了改变载体安装位置与添加导流装置对三元催化器内流速分布均匀性影响。研究得出:安装导流装置能有效改善催化器内流场的均匀性分布,但同时带来了压力损失的增大,因而对催化器结构的优化设计需要综合考虑。本文通过对催化器内流场均匀性的数值研究,优化设计了添加导流装置的新型结构的三元催化装置,弄清了导流板与流场分布均匀性及压力损失的关系。并设计了天然气汽车的专用三元催化器性能评价系统。 本文为天然气汽车专用催化器的进一步研究打下了理论与技术基础,具有较大的经济、社会、环境效益和广阔的推广应用前景。 【关键词】：三元催化器 流场 数值模拟 优化设计
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：U469
【目录】：

• 中文摘要4-5
• 英文摘要5-6
• 符号说明6-9
• 1 绪 论9-28
• 1.1 研究背景及课题来源9-10
• 1.2 大气污染及汽车污染现状10-13
• 1.2.1 大气污染状况10-11
• 1.2.2 汽车排放污染物的危害11-13
• 1.3 汽车有害排放物的生成机理及控制13-18
• 1.3.1 有害排放物的生成机理13-16
• 1.3.2 减少汽车有害排放物的净化措施16-18
• 1.4 天然气汽车的发展及三元催化技术发展现状18-27
• 1.4.1 天然气汽车的优越性及存在的不足18-19
• 1.4.2 国内外三元催化器的研究概况19-22
• 1.4.3 天然气汽车专用催化器的发展现状22-23
• 1.4.4 三元催化器内部流动数值模拟的研究状况23-25
• 1.4.5 催化器流场均匀性研究现状25-27
• 1.5 本文的主要研究工作27-28
• 2 三元催化器流场的数值模拟28-53
• 2.1 物理模型28-31
• 2.2 数学模型31-36
• 2.2.1 气体流动基本控制方程31-32
• 2.2.2 网格划分32
• 2.2.3 控制方程计算式32-35
• 2.2.4 速度和压力的修正35-36
• 2.3 流场计算及结果分析36-51
• 2.3.1 催化器的扩张角度对流场的影响结果分析36
• 2.3.2 不同扩张角度催化器的流速均匀性分析36-39
• 2.3.3 同一扩张角度不同载体安装位置对流场均匀性的影响39-40
• 2.3.4 安装导流锥对催化器流场均匀性的影响40-41
• 2.3.5 安装导流板对催化器流场均匀性的影响41-45
• 2.3.6 安装导流装置对催化器压力分布的影响45-51
• 2.4 小结51-53
• 3 天然气汽车三元催化器的优化设计53-60
• 3.1 三元催化器结构的优化设计53-55
• 3.2 三元催化器的催化剂配方的优化设计55-58
• 3.2.1 催化剂上发生的反应55-56
• 3.2.2 贵金属在催化剂的作用56
• 3.2.3 稀土元素在催化剂中的作用56-57
• 3.2.4 催化剂成分及用量57-58
• 3.3 催化剂加工工艺的优化设计58-59
• 3.3.1 催化剂的成分组成58
• 3.3.2 各成分加工次序及方法58-59
• 3.4 小结59-60
• 4 三元催化器性能评价试验系统的设计60-66
• 4.1 三元催化器的性能指标60-62
• 4.2 三元催化器评价装置的设计62-66
• 4.2.1 实验室小样评价实验装置的设计62-64
• 4.2.2 台架评价装置的设计64-66
• 5 结论及今后工作建议66-67
• 5.1 结论66
• 5.2 今后工作的建议66-67
• 致 谢67-68
• 参考文献68-71
• 附 录:攻读硕士学位期间发表的学术论文71-72

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