催化转化器声学性能和流动特性的研究

论文摘要

来自汽车发动机排气系统的污染和噪声已经成为一个严重的环境问题,为了满足日益严格的排放法规,催化转化器的需求不断增大。因此,必须对催化转化器的系统性能进行全面的研究,分析催化转化器的声学性能和流动性能,考虑排气噪声在催化转化器内的传播规律,从而为合理设计催化转化器以及整个排气系统提供依据。本文采用传递矩阵法和三维有限元方法对催化转化器的声学性能进行了细致的分析。首先应用四端网络法建立了催化转化器和载体的传递矩阵,计算了传递损失,得到了影响催化转化器消声性能的因数。接着在ANSYS软件中建立了催化转化器的有限元模型,导入SYSNOISE中进行了声学性能的分析,用声压云图直观形象地描述了发动机排气噪声在催化转化器内的传播规律。指出低、高频率不同噪声在催化转化器内的传播规律,以及声波在通过催化转化器时产生的衰减,最后获得了转化器入口与出口声压级差值的曲线。本文对催化转化器的流动特性进行了有限元分析,应用FLUENT软件,对比分析了不同扩张角度的催化转化器内部流动的速度场和压力场,得到了扩张角度对催化转化器流场均匀性、压力损失的影响规律。本文的研究实现了对催化转化器声学性能和流动性能的预测,从而为优化催化转化器和整个排气系统提供了必要的理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外催化转化器研究概况
• 1.2.1 催化转化器的发展
• 1.2.2 催化转化器流动特性、压力损失的研究
• 1.2.3 催化转化器声衰减特性的研究
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 催化转化器的结构与性能
• 2.1 催化转化器组成
• 2.2 催化转化器的性能评价指标
• 2.3 催化转化器的流动性能优化
• 2.4 本章小结
• 第三章 声学和流体力学基本理论介绍
• 3.1 声学基本理论
• 3.2 声学波动方程
• 3.3 流体力学基本理论
• 3.4 流体运动方程
• 3.4.1 流体平衡微分方程
• 3.4.2 流体运动微分方程
• 3.5 本章小结
• 第四章 催化转化器声学性能研究
• 4.1 传递矩阵法在催化转化器声学性能研究中的应用
• 4.1.1 四端子网络简介
• 4.1.2 催化转化器传递矩阵的推导
• 4.1.3 催化载体消声机理分析及传递矩阵推导
• 4.1.4 应用MATLAB计算催化转化器的传递损失
• 4.2 催化转化器载体声阻抗测试
• 4.3 催化转化器声学有限元分析
• 4.3.1 声学软件SYSNOISE简介
• 4.3.2 ANSYS简介
• 4.3.3 SYSNOISE建模分析过程
• 4.4 本章小结
• 第五章 催化转化器流动特性研究
• 5.1 描述催化转化器内部流场的数学模型
• 5.1.1 流动控制方程
• 5.2 CFD软件FLUENT介绍
• 5.2.1 FLUENT软件的特点
• 5.2.2 FLUENT求解对象的网格划分
• 5.2.3 FLUENT的多孔介质条件
• 5.2.4 FLUENT的求解器及求解步骤
• 5.3 应用FLUENT进行流场数值模拟
• 5.3.1 建立模型并划分网格
• 5.3.2 FLUENT算法
• 5.3.3 边界条件
• 5.3.4 残差图
• 5.3.5 计算结果分析
• 5.4 有无扩张管、收缩管的催化转化器流场比较
• 5.5 不同扩张管夹角对流畅的影响
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况