许建民,刘金武

(厦门理工学院机械工程系,福建厦门,361024)

随着汽油机电子控制燃油喷射系统的不断完善和无铅低硫汽油的燃用,采用三元催化转化器是控制汽车排放最有效的措施。常规结构的催化转化器,在其扩张管段上,由于气流的扩散,导致其流速分布不均匀。管道中心气体的流速高,使得气体流动集中在载体中心区域,导致该区域气体的流速过快、温度过高;而载体边缘气流量小,温度较低,使得载体中心区域的催化剂老化加快,而边缘区域的催化剂却不能充分发挥作用,既降低了催化转化器的转化效率,又缩短了其使用寿命。另外,由于温度分布的不均匀,导致载体截面产生热应力,容易使载体损坏[1-4]。因此,利用计算机流体动力学(CFD)软件改进目前的催化转化器结构,对于获得较好的流动均匀性和较低的压力损失、改善转化效率、延长使用寿命、减小对发动机动力性和经济性的影响以及加快起燃等方面具有重要的理论意义和实用价值。为此,本文采用CFD软件Fluent对催化转化器的流动特性进行仿真计算,并考察了无化学反应和热传导的稳定流动问题,采用数值模拟的方法研究出口收缩管角度对催化转化器流场速度分布特性和压力损失的影响。

1 数学模型及其数值求解

1.1 催化转化器内部流场的数学建模基础

本文研究入口扩张管和载体相同且出口收缩管角度分别为60°、90°、120°的3种催化转化器的流场。3种催化转化器的载体直径为90 mm、长度为120 mm,入口扩张管角度为60°。……