一種基于CFD技術分析三元催化轉化器的模擬分析方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種基于CFD技術分析三元催化轉化器的模擬分析方法，包括：基于待處理的三元催化器，進行CFD前處理；基于CFD前處理的結果，進行CFD求解；基于CFD求解的結果，進行CFD后處理。本發(fā)明專利技術所述基于CFD技術分析三元催化轉化器的模擬分析方法，可以克服現有技術中操作過程復雜、適用范圍小和可靠性低等缺陷，以實現操作過程簡單、適用范圍廣和可靠性高的優(yōu)點。

【技術實現步驟摘要】
【專利說明】
本專利技術涉及計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD)
， 具體地，涉及一種基于CFD技術分析三元催化轉化器的模擬分析方法。
技術介紹
從發(fā)動機釋放出來的氣體通常含有劇毒，在排向大氣前需要凈化處理，三元催化 轉化器（Three-Way Catalytic Converter，TCC，簡稱三元催化器或催化器）就是用來降低 排放氣體毒性的一個設備。三元催化器內包覆一枚或多枚催化劑載體，稱為三元催化體，其 材質為陶瓷材料，內部結構非常復雜，為多孔介質，表面積十分龐大，因涂覆了一層高效活 性催化劑(注：文中"催化體"指涂覆有高效活性催化劑的載體，文中"催化器"指三元催化 器)，可與汽車尾氣之間發(fā)生最大可能的氧化還原反應，達到凈化尾氣的目的，但同時也限 制氣體的流動，增大了背壓。常用的催化體有兩種結構：一種是各向同性，一種是單向。 目前，國內未見有基于CFD技術優(yōu)化車用催化轉化器的專利技術專利公開，但在汽車 設計相關企業(yè)內部，存在基于CFD技術優(yōu)化車用催化轉化器的現象。但皆涉及使用復雜 的全英文FLUENT或Star CD等軟件進行求解，前處理需要一種專門劃網絡的軟件，例如 GAMBIT和后處理又要使用一種專門軟件，如Tecplot，這樣一來模擬分析流程非常復雜和 繁瑣，對工程技術人員的技術背景和英文水平要求極高。而且，這些CFD技術的應用，未涉 及到如何用一種直觀簡單方便快捷的軟件來高效率模擬車用催化轉化器，以便優(yōu)化催化器 外形結構的方法。 在實現本專利技術的過程中，專利技術人發(fā)現現有技術中至少存在操作過程復雜、適用范 圍小和可靠性低等缺陷。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，針對上述問題，提出一種基于CFD技術分析三元催化轉化器 的模擬分析方法，以實現操作過程簡單、適用范圍廣和可靠性高的優(yōu)點。 為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是：一種基于CFD技術分析三元催化轉 化器的模擬分析方法，包括： a、 基于待處理的三元催化器，進行CFD前處理； b、 基于CFD前處理的結果，進行CFD求解； c、 基于CFD求解的結果，進行CFD后處理。注：本專利中"催化體"或"三元催化體"指 涂覆有高效活性催化劑的載體，本專利中"催化器"指三元催化器或三元催化轉化器。三元 催化體是安裝在三元催化器內的一個蜂窩狀陶瓷載體，該載體上涂覆了化學催化劑，用以 凈化有毒氣體。這三元催化體和催化體是同一物，三元催化器、三元催化轉化器或催化器是 同一物。催化體因自身材質易脆裂，需要用襯墊和外殼包覆，因此"催化體外殼"專指包覆 在催化體外面的那一層不銹鋼外殼。 進一步地，所述步驟a，具體包括： (1) 確定模擬催化器的簡化模型； (2) 初始設置及邊界條件設置； (3) 網格劃分。 進一步地，所述步驟⑴，進一步包括： 使用SolidWorks軟件CAD模塊，根據所需對含有三元催化體的整根三元催化器建立三 維結構，并根據求解CFD前處理需要，對三元催化器的三維結構進行簡化：1.對表面的小圓 角進行了去除處理、小尖角進行平滑處理；2.對三元催化器內入口和出口進行封閉處理； 3.對原則上沒有空氣流經的部位進行封閉處理等。進一步地，所述步驟⑵，進一步包括： 使用SolidWorks軟件CFD模塊Flow Simulation插件，根據所需模擬的實際情況，將 分析類型定義為內部，流體選擇為空氣(汽車尾氣)，還可以定義流經催化器內氣體的物理 性質、設置邊界條件和流場初始化； 定義求解目標、設置收斂因子。 進一步地，所述步驟⑶，進一步包括： 按三元催化器內部結構具體情況劃分，將狹小通道、間隙及要觀察位置的網格細化，在 整個催化器內空間劃分結構化網格。 進一步地，所述步驟b，具體包括： 經過相關參數設置后，開始迭代運算，系統(tǒng)會根據當定義的求解目標值的穩(wěn)定性判斷 收斂情況。這里，相關參數設置可以包括：（1)固體區(qū)與流體區(qū)物性參數均設為常數；（2) 流動為定常流動中的湍流；（3)忽略管內壁的摩擦阻力；（4)忽略流體溫度的影響。 進一步地，所述步驟c，具體包括： 對結果進行分析，應用后處理觀察催化器內空氣流動場，以流體在催化器內的速度均 勻性、速度切片云圖、壓力切片云圖、流線軌跡、背壓來綜合預測催化體的凈化效率。 本專利技術各實施例的基于CFD技術分析三元催化轉化器的模擬分析方法，由于包 括：基于待處理的三元催化器，進行CFD前處理；基于CFD前處理的結果，進行CFD求解；基 于CFD求解的結果，進行CFD后處理；從而可以克服現有技術中操作過程復雜、適用范圍小 和可靠性低的缺陷，以實現操作過程簡單、適用范圍廣和可靠性高的優(yōu)點。 本專利技術的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實施本專利技術而了解。 下面通過附圖和實施例，對本專利技術的技術方案做進一步的詳細描述。【附圖說明】 附圖用來提供對本專利技術的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本專利技術的實 施例一起用于解釋本專利技術，并不構成對本專利技術的限制。在附圖中： 圖1為本專利技術中三元催化器模型簡化；（a)處理前：催化器外部結構模型；（b)處理后： 催化器內部流體模型； 圖2為本專利技術中速度場云圖；（a)項目1 :各向同性；（b)項目2 :單向； 圖3為本專利技術中催化體軸向速度切片；（a)項目1 :各向同性；（b)項目2:單向； 圖4為本專利技術中催化體徑向速度切片；（a)項目I :各向同性；（i) SI面；（ii)S2面； (iii)S3 面；（b)項目 2 :單向；（i)Sl 面；（ii)S2 面；（iii)S3 面； 圖5為本專利技術中內部流場的流動軌跡；（a)項目1 :各向同性；（b)項目2 :單向。 結合附圖，本專利技術實施例中附圖標記如下： 1-入口；2-前端錐；3-催化體外殼（內包覆催化體）；4_后端錐；5-氧傳感器；6-波紋 管；7-中間管；8-出口；9-隔熱襯墊；10-催化體。【具體實施方式】 以下結合附圖對本專利技術的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實 施例僅用于說明和解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。 根據本專利技術實施例，如圖1-圖5所示，提供了一種基于CFD技術分析三元催化轉 化器的模擬分析方法。 本專利技術的技術方案，涉及一種基于計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD)技術對催化器結構選擇的模擬分析方法，尤其針對汽車行業(yè)常見的兩 種催化體，各向同性及單向催化體，進行選擇。需要先對三元催化器進行三維建模，再應用 CFD軟件(本專利技術以SolidWorks Flow Simulation軟件為例）對三元催化器內的流體構建 網格，根據實際情況定義氣體物理性質、設置初始條件和邊界條件，求解后，應用后處理觀 察催化器內空氣流動場，以流體在催化器內的速度均勻性、速度切片云圖、壓力切片云圖、 流線軌跡、背壓來綜合預測催化體的凈化效率。 本專利技術的技術方案，采用CFD技術模擬催化器內氣流情況，預測催化器內凈化效 果來判斷催化體及催化器總體設計的合理性，利用分析、比較和評價，選出最優(yōu)方式，可改 善設計，指導現場凈化效果的設置，對設計不當的地方提出修改意見。 本專利技術的技術方案，可預測了三元催本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于CFD技術分析三元催化轉化器的模擬分析方法，其特征在于，包括：a、基于待處理的三元催化器，進行CFD前處理；b、基于CFD前處理的結果，進行CFD求解；c、基于CFD求解的結果，進行CFD后處理。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：陳璟，陳勇棠，李成，葉青，溫俊霞，石付盛，
申請(專利權)人：柳州職業(yè)技術學院，
類型：發(fā)明
國別省市：廣西;45