件實現(xiàn)氣流在三元催化器內(nèi)模擬，可協(xié)助預(yù)測催化器的凈化效 果；詳細步驟如下： I) CFD前處理 (1) 確定模擬催化器的簡化模型(使用SolidWorks軟件CAD模塊） 根據(jù)所需對含三元催化體的整根催化轉(zhuǎn)化器建立三維結(jié)構(gòu)，并根據(jù)求解需要進行簡 化； (2) 初始設(shè)置及邊界條件設(shè)置(使用SolidWorks軟件CFD模塊Flow Simulation插件） 根據(jù)所需模擬的催化器內(nèi)實際情況，選擇分析類型、定義流經(jīng)催化器內(nèi)氣體的物理性 質(zhì)、設(shè)置邊界條件和流場初始化。定義求解目標、設(shè)置收斂因子。
[0027] (3)網(wǎng)格劃分 按催化器內(nèi)結(jié)構(gòu)具體情況劃分，將狹小通道、間隙及要觀察位置的網(wǎng)格細化，在整個催 化器內(nèi)空間劃分結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。
[0028] 2) CFD 求解 經(jīng)過相關(guān)參數(shù)設(shè)置后，可開始迭代運算，系統(tǒng)會根據(jù)當定義的求解目標值的穩(wěn)定性判 斷收斂情況，一般認識本步計算與上一步計算值相差小于一個微小值(通常是KT-5)時，可 認為求解達到收斂。
[0029] 3) CFD 后處理 即結(jié)果分析，應(yīng)用后處理觀察催化器內(nèi)空氣流動場，以流體在催化器內(nèi)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(yù)測催化體的凈化效率。
[0030] 本發(fā)明采用CFD技術(shù)模擬催化器內(nèi)氣流情況，預(yù)測催化器內(nèi)凈化效果來判斷催化 體及催化器總體設(shè)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(shè)計，指導(dǎo)現(xiàn) 場凈化效果的設(shè)置，對設(shè)計不當?shù)牡胤教岢鲂薷囊庖姟?br>[0031] 本發(fā)明可預(yù)測了三元催化器的背壓、并可直觀地觀察到催化體內(nèi)流體的分布，可 間接反映出催化體對汽車尾氣的凈化效率，以便于在實際中，對不同排放要求的車型，選擇 合適的催化體。
[0032] 更具體地，本發(fā)明的基于CFD技術(shù)分析催化器凈化效果的方法，包括以下步驟： 51 :建立催化器三維模型； 52 :確定催化器進口和出口的具體設(shè)置； 53 :確定網(wǎng)格劃分設(shè)置； 54 :設(shè)定其他邊界條件和初始條件； 55 :求解； 56 :后處理，根據(jù)sl-s5的設(shè)置求解收斂后，可通過模擬計算出有毒氣體在催化器內(nèi)的 擴散路徑、速度分布、濃度場分布等，以流體在催化器內(nèi)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(yù)測催化體的凈化效率。
[0033] 本發(fā)明采用CFD技術(shù)模擬催化器內(nèi)氣流情況，預(yù)測催化器內(nèi)凈化效果來判斷催化 體及催化器總體設(shè)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(shè)計，指導(dǎo)現(xiàn) 場凈化效果的設(shè)置，對設(shè)計不當?shù)牡胤教岢鲂薷囊庖姟?br>[0034] S7 :綜合判斷所有指標是否合理，若是，則可確定凈化效果的設(shè)計方案； S8 :若否，則根據(jù)預(yù)測情況對催化器內(nèi)三維模型進行修改調(diào)整，重新設(shè)計催化器內(nèi)結(jié)構(gòu) 和凈化效果，并返回步驟Sl進行重新建模。
[0035] S9:對比從多個設(shè)計方案，選出最佳，確定并輸出催化器內(nèi)凈化效果的最終方案。
[0036] 與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案帶來的優(yōu)點或有益效果： ⑴本方法集前處理、求解、后處理于一體，避免了之前用三種軟件分開處理的繁瑣流 程，不再像原來那么復(fù)雜繁瑣，大大節(jié)約時間。
[0037] ⑵本方法的網(wǎng)格處理可直接根據(jù)計算域內(nèi)的流體所存在空間生成，無需進行空間 逆向建流體的三維模型，大大節(jié)約時間。
[0038] ⑶本方法的后處理比已公開的方法更直觀，后處理的展示，流體可與實物結(jié)構(gòu)模 型共同展示，無需逆向思維觀察，方便無 CFD經(jīng)驗的人理解，通俗易懂。
[0039] ⑷目前暫未有基于CFD技術(shù)分析三元催化轉(zhuǎn)化器的模擬分析方法的專利公開。
[0040] 本發(fā)明的技術(shù)方案，應(yīng)用SolidWorks軟件的Flow Simulation插件對一款典型的 汽車排氣管三元催化器進行計算流體動力學(xué)（CFD)分析，設(shè)計了 2個CFD項目：（1)催化體 為各向同性的多孔介質(zhì)；（2)催化體為單向的多孔介質(zhì)。通過CFD模擬仿真，獲得了在相同 邊界條件下，兩種CFD項目不同的速度場及壓力場；預(yù)測了兩種催化體的背壓、直觀地觀察 到催化體內(nèi)流體的分布，間接反映出兩種催化體對汽車尾氣的凈化效率，以便于在實際中， 對不同排放要求的車型，選擇合適的催化體。
[0041] 本發(fā)明的技術(shù)方案采用專業(yè)的計算流體動力學(xué)（CFD)分析軟件SolidWorks Flow Simulation對氣流經(jīng)過一典型三元催化器過程進行數(shù)值模擬，對復(fù)雜的催化體結(jié)構(gòu)，應(yīng)用 "多孔介質(zhì)"功能。本發(fā)明的技術(shù)方案設(shè)計了兩個CFD項目（詳見表1)，定義了 "各向同性" 及"單向"兩種的催化體，在相同邊界條件下，獲得了不同的速度場、壓力場及溫度場；預(yù)測 了兩種催化體的背壓、直觀地觀察到催化體內(nèi)流體的分布，間接反映出兩種催化體對汽車 尾氣的凈化效率，以便于在實際中，對不同排放要求的車型，選擇合適的催化體 [κ'8]。
[0042] 1數(shù)值模擬前提及模型簡化 1. 1數(shù)值模擬前提 本數(shù)值模擬基于封閉狀態(tài)下的CFD湍流模型，分析對象是基于完好無損條件下催化器 內(nèi)的空氣流體，為了簡化問題，設(shè)置選用標準K-ε兩方程模式計算，并對計算對象作如下 假設(shè)：（1)固體區(qū)與流體區(qū)物性參數(shù)均設(shè)為常數(shù)；（2)流動為定常流動中的湍流；（3)忽略 管內(nèi)壁的摩擦阻力；（4)忽略流體溫度的影響 [5]。
[0043] 1. 2簡化模型創(chuàng)建 催化器的真實模型含有進氣管、前后端錐、催化體、隔熱襯墊、催化劑外殼、氧傳感器、 波紋管、中間管等部件，相對復(fù)雜，因 CFD的分析對象為流體，需對原始模型進行簡化及封 閉處理，處理前后模型如圖1所示，在（a)中，催化器外部結(jié)構(gòu)模型包括依次配合設(shè)置的入 口 1、前端錐2、催化體外殼（內(nèi)包覆催化體）3、后端錐4、波紋管6、中間管7和出口 8,以及 安裝在后端錐4和波紋管6之間連接管上的氧傳感器5 ;在（b)中，催化器內(nèi)部流體模型包 括催化體10,以及設(shè)置在催化體外殼外表面的隔熱襯墊9。
[0044] 2前處理 2. 1多孔介質(zhì)及邊界條件設(shè)置
【主權(quán)項】
1. 一種基于CFD技術(shù)分析三元催化轉(zhuǎn)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(jié)果，進行CFD求解； c、 基于CFD求解的結(jié)果，進行CFD后處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CFD技術(shù)分析三元催化轉(zhuǎn)化器的模擬分析方法，其特征 在于，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(shè)置及邊界條件設(shè)置； (3) 網(wǎng)格劃分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于CFD技術(shù)分析三元催化轉(zhuǎn)化器的模擬分析方法，其特征 在于，所述步驟⑴，進一步包括： 使用SolidWorks軟件CAD模塊，根據(jù)所需對含三元催化體的整根催化轉(zhuǎn)化器建立三維 結(jié)構(gòu)，并根據(jù)求解需要進行整個模型進行簡化處理： ⑴對表面的小圓角進行了去除處理、小尖角進行平滑處理；⑵對三元催化器內(nèi)入口和 出口進行封閉處理；⑶對原則上沒有空氣流經(jīng)的部位進行封閉處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于CFD技術(shù)分析三元催化轉(zhuǎn)化器的模擬分析方法，其特征 在于，所述步驟⑵，進一步包括： 使用SolidWorks軟件CFD模塊FlowSimulation插件，根據(jù)所需模擬的三元催化器的 內(nèi)部實際情況，選擇分析類型、定義流經(jīng)催化器內(nèi)氣體的物理性質(zhì)、設(shè)置邊界條件和流場初 始化； 定義求解目標、設(shè)置收斂因子。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于CFD技術(shù)分析三元催化轉(zhuǎn)化器的模擬分析方法，其特征 在于，所述步驟⑶，進一步包括： 按三元催化器內(nèi)部結(jié)構(gòu)具體情況劃分，將狹小通道、間隙及要觀察位置的網(wǎng)格細化，在 整個催化器內(nèi)空間劃分結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的基于CFD技術(shù)分析三元催化轉(zhuǎn)化器的模擬分析方 法，其特征在于，所述步驟b，具體包括： 經(jīng)過相關(guān)參數(shù)設(shè)置，開始迭代運算，系統(tǒng)會根據(jù)當定義的求解目標值的穩(wěn)定性判斷收 斂情況。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于CFD技術(shù)分析三元催化轉(zhuǎn)化器的模擬分析方法，其特征 在于，所述步驟c，具體包括： 對結(jié)果進行分析，應(yīng)用后處理觀察催化器內(nèi)空氣流動場，以流體在催化器內(nèi)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(yù)測催化體的凈化效率。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于CFD技術(shù)分析三元催化轉(zhuǎn)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(jié)果，進行CFD求解；基于CFD求解的結(jié)果，進行CFD后處理。本發(fā)明所述基于CFD技術(shù)分析三元催化轉(zhuǎn)化器的模擬分析方法，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中操作過程復(fù)雜、適用范圍小和可靠性低等缺陷，以實現(xiàn)操作過程簡單、適用范圍廣和可靠性高的優(yōu)點。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104732015
【申請?zhí)枴緾N201510089286
【發(fā)明人】陳璟, 陳勇棠, 李成, 葉青, 溫俊霞, 石付盛
【申請人】柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年2月27日