孙鲁青 贾菲 张一平

（1．滨州学院；2．黄河三角洲高效生态经济发展研究院；3．无锡威孚力达催化净化器有限责任公司）

1 前言

歧管式催化转化器由于结构的复杂性以及所处位置的特殊性，其内部流场的均匀性直接影响催化转化效果。传统的设计方法是通过试验或者设计者的经验来修改结构，这样既耗费了大量人力、物力，增加了成本，同时还造成设计周期时间过长，甚至结构存在隐患等问题。本文以某型歧管式催化转化器为例，采用1D-3D耦合理论分析了歧管内部气体流动过程，并对其进行了结构优化。

2 歧管式催化转化器1D-3D分析流程

1D发动机进、排气系统模型主要研究零部件等子系统对全局的影响，如发动机排气歧管长度、直径、曲率等对发动机性能的影响；3D发动机排气歧管模型主要分析排气歧管结构对排气流通性和均匀性的影响。本文对所研究歧管式催化转化器采用的分析流程如图1所示。

3 1D-3D耦合计算的数学模型

3.1 湍流模型

传统的k-ε模型忽略了气体分子之间的粘性，只对完全湍流场有效。本文采用如下k-ζ-f四方程模型[1]，同时考虑了湍流和层流的影响。

其中，

3.2 传热模型

分析传热时主要考虑与外部空气的自然对流及内部的强迫对流，同时气体流速、压强与来流情况有很大关系，致使管道截面上各点换热系数不同。根据牛顿冷却公式，壁面平均传热系数为：

式中，tw为管壁平均温度；tf为流体平均温度；F为管壁换热面积；Q为对流换热量。

通过试验和查表得管道壁面平均传热系数为20 W/m2·K。……