加装三元催化净化器对天然气汽车发动机燃烧影响的数值研究

【摘要】：催化转化净化技术已成为降低汽车排气污染的后处理的有效措施之一,并得到越来越广泛的应用。催化转化净化装置压力损失的大小影响发动机的动力特性和经济性。要达到低污染排放与发动机较高的经济性,不仅需要高性能的催化转化净化器,而且催化净化器与发动机的优化匹配也存在较大的影响。国内外对发动机与催化转化净化器的匹配问题研究较少,而我国存在部分汽车在整车设计时没有考虑安装催化转化器系统,在这种状况下安装催化转化器系统势必引起汽车发动机和汽车排气系统的重新匹配问题,影响发动机经济性及排放特性。进行汽车尾气三元催化净化器与发动机的优化匹配研究,将有助于研究开发高净化效率、高经济性和动力性汽车专用催化转化器,促进清洁汽车的开发和有效推广。 文中针对加装三元催化净化器对天然气汽车发动机燃烧影响问题,建立了三元催化净化器流动特性、发动机燃烧特性、发动机内污染物生成特性的物理和三维数学模型,采用SIMPLE 算法,进行了多种发动机出口背压工况的数值研究。得出如下有意义的结果:加装三元催化净化器会降低发动机燃烧效率;加装三元催化净化器会改变发动机气缸内的燃烧温度场及压力场分布;加装三元催化净化器后发动机气缸内的最高燃烧温度将降低,造成发动机燃烧效率的下降;随着发动机排气背压的增大,气缸内的最高燃烧温度将进一步降低,造成发动机内燃烧效率的降低,发动机的有效输出功将减少;加装三元催化净化器后,发动机燃烧产物生成量会发生改变,CO2的生成量会减少,NOX的生成量降低。随着发动机排气背压的增大,发动机排放污染物各成分发生改变;发动机机内燃烧和污染物排放与三元催化器关系密切,因而对催化器结构的优化设计需要综合考虑。 本文研究结果为进一步研究三元催化净化器和天然气汽车发动机燃烧与污染物排放优化匹配的打下了理论与技术基础。同时,对汽油及柴油车加装三元催化净化器后与发动机的优化匹配的研究也具有借鉴作用。具有较大的经济、社会、环境效益和广阔的推广应用前景。 【关键词】：天然气发动机 燃烧 三元催化器 匹配 数值模拟
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：U464
【目录】：

• 中文摘要4-5
• 英文摘要5-6
• 符号说明6-9
• 1 绪论9-23
• 1.1 研究背景及课题来源9-10
• 1.2 大气污染及汽车污染现状10-13
• 1.2.1 大气污染状况10
• 1.2.2 汽车排放污染物的生成机理及危害10-13
• 1.3 天然气汽车三元催化技术发展现状13-18
• 1.3.1 天然气汽车的优越性及存在的不足13-14
• 1.3.2 国内外三元催化器的研究概况14-18
• 1.4 三元催化净化器与发动机的匹配问题18-22
• 1.4.1 发动机内燃烧模拟18-20
• 1.4.2 催化转化器与发动机的优化匹配20-22
• 1.5 本文的主要研究工作22-23
• 2 三元催化器流场数值模拟23-35
• 2.1 物理模型23-24
• 2.2 数学模型24-28
• 2.2.1 气体流动基本控制方程24-27
• 2.2.2 网格划分27-28
• 2.3 模拟结果分析28-33
• 2.4 小结33-35
• 3 加装三元催化器天然气汽车发动机内燃烧数值模拟35-46
• 3.1 物理模型35-36
• 3.2 数学模型36-38
• 3.2.1 基本控制方程36-37
• 3.2.2 网格划分37-38
• 3.3 模拟结果分析38-44
• 3.4 小结44-46
• 4 加装三元催化器天然气汽车发动机内 NOx 排放模拟46-52
• 4.1 NO_X的生成模型46-47
• 4.2 NOX的排放与背压47-51
• 4.3 小结51-52
• 5 结论52-54
• 5.1 结论52-53
• 5.2 今后的工作建议53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-58
• 附录:攻读硕士学位期间发表的学术论文58-59
• 独创性声明59-13
• 学位论文版权使用授权书13-59

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