天然气汽车催化净化装置流动数值模拟及优化设计

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。