柴油机排气净化消声器总体性能研究

论文摘要

降低柴油机的噪声及有害气体排放是当今世界的一项重要研究课题。排气净化消声器不仅能够实现柴油机尾气净化和排气噪声控制双重功能,而且还可以节省空间,因而具有广泛的应用前景。本文对柴油机排气净化消声器的声学性能、流场分布、阻力损失和净化效果进行了系统研究。基于粘性流中的声传播理论,建立了微小孔道和催化载体的传递矩阵,进而计算催化载体的声学性能。根据催化转化器的结构形式,将其分为两部分:连接空腔和催化载体,分别用有限元法和传递矩阵法对这两部分建立数学模型,并由连续性条件将它们耦合在一起,从而计算出整个催化转化器的传递损失。通过催化载体的传递损失计算结果与实验测量结果的比较,验证了本文方法的正确性。将催化载体作为多孔介质,建立了催化转化器的流动模型。使用计算流体动力学软件模拟计算催化转化器的流场分布和压力损失,分析了载体参数、气流速度、入口锥角等因素对催化转化器流场分布的影响,为催化转化器的结构优化设计提供参考。将催化转化器的各种化学反应机理与控制方程一起构建了催化转化器的数学模型,分别建立了氧化催化转化器载体单孔道模型和整体模型,使用CFD软件并从化学反应动力学角度进行了分析,得剑了有害组分的转化率随温度的变化规律以及有害成分在孔道内的质量分布图,为催化剂活性组分涂覆提供参考。设计了一款柴油机排气净化消声器,并对其声学性能、阻力损失和净化效果进行了模拟计算分析,研究了进口方式、内部连接管和管口导流对净化消声器总体性能的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 柴油机尾气污染及其控制措施
• 1.1.1 柴油机尾气有害成分及其生成机理
• 1.1.2 柴油机尾气有害物的控制措施
• 1.2 柴油机排气噪声及其控制措施
• 1.3 柴油机排气净化消声器
• 1.4 本文的主要工作内容
• 第2章 催化转化器声学性能计算及分析
• 2.1 声学性能计算方法
• 2.1.1 传递矩阵法
• 2.1.2 有限元法
• 2.2 载体的传递矩阵
• 2.2.1 粘性流中声传播
• 2.2.2 细管的声传递矩阵
• 2.2.3 载体的传递矩阵
• 2.2.4 载体的传递损失测量与分析
• 2.3 载体的声学性能分析
• 2.4 催化转化器传递损失计算方法
• 2.5 催化转化器声学性能分析
• 2.5.1 载体对催化转化器声学性能的影响
• 2.5.2 影响催化转化器声学性能的因素
• 2.6 本章小结
• 第3章 催化转化器流场的数值模拟及分析
• 3.1 催化转化器压力损失估算方法
• 3.1.1 等截面直管压力的损失
• 3.1.2 突然扩张及突然收缩截面处的压力损失
• 3.1.3 载体的压力损失
• 3.1.4 催化转化器总的压力损失
• 3.2 催化转化器计算流体力学基础
• 3.2.1 催化转化器流场数学模型
• 3.2.2 自由流动区的数学模型
• 3.2.3 载体内流动的数学模型
• 3.2.4 流场均匀性的表述方法
• 3.3 实验验证
• 3.4 催化转化器内气体流动特性分析
• 3.4.1 催化转化器总压及流场分布
• 3.4.2 不同流速对催化器阻力及流场分布影响
• 3.4.3 载体长度对流场影响
• 3.4.4 载体参数对催化转化器流场影响
• 3.4.5 载体长径比对催化转化器流场影响
• 3.4.6 进口扩张角影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 污染物催化转化模拟分析
• 4.1 化学反应动力学基础
• 4.1.1 化学反应速率影响因素
• 4.1.2 有效碰撞理论和过渡态理论
• 4.1.3 微观动力学和宏观动力学
• 4.2 催化反应本质和催化剂
• 4.2.1 催化剂
• 4.2.2 多相催化反应
• 4.3 氧化催化转化器
• 4.3.1 氧化催化转化器结构
• 4.3.2 氧化催化转化器性能指标
• 4.4 氧化催化转化器模拟分析
• 4.4.1 化学反应模型
• 4.4.2 传热与传质动力学
• 4.4.3 单孔道模拟
• 4.4.4 氧化催化转化器整体模拟
• 4.5 本章小结
• 第5章 净化消声器总体性能分析
• 5.1 内部连接管对消声器声学性能和阻力损失的影响
• 5.2 侧面进口对消声器声学性能和阻力损失的影响
• 5.3 管口导流对消声器性能影响
• 5.4 净化消声器净化效果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢