催化转化器是有效降低汽油机尾气污染的主要后处理装置。随着对尾气排放要求的日益严格，提高催化转化器的综合性能显得尤为重要。不但要具有高的转化效率，而且要有足够长的寿命以及良好的稳定性能，对排气系统的负面影响也要尽可能减小。　　本文的研究对象为188F汽油机的催化转化器，以瞬态流场计算—结构强度校核—催化反应为研究主线，在考虑排气压力波动效应、气固两相传热、传质以及催化反应相结合的研究模式下，深入探究了催化转化器内发生的各种复杂现象:气体流动、传热、热应力和化学反应。具体研究如下:　　(1)首先，在发动机6个工况下对催化转化器内的气流分布进行模拟仿真并与试验结果相验证，确保计算模型的正确和可信。在此基础上，进行压力实时变化条件下的模拟计算，研究催化转化器内部瞬态气流、压力和温度分布，发现气流进入催化转化器后轴向速度分布出现两个低峰，径向速度分布极不均匀，呈现中间流速高，边缘流速低的趋势。　　(2)然后，将流场计算结果作为热结构分析计算的初始条件，对此进行单向流固耦合计算，探究在尾气压力波动时的应力集中区域和最大变形区域，发现进气端锥处的变形量较大。　　(3)其次，探究单孔道下催化反应，得到尾气组分为CO和CH4气体的浓度分布和转化率。发现催化反应集中于孔道前中端处，而后端转化率很低，并且孔道边缘处尾气的转化率高于中心处。　　(4)最后，使用正交试验对原模型进行优化设计发现影响性能的两个主要因素是入口管的直径与扩张角的大小，在此基础上发现扩张管直径(d2)与入口直径(d1)比为2.63时满足最优的性能要求。随后，探讨了新型入口管和载体的可行性及其对转化器性能的影响，对比分析各种模型的优缺点，然后得到最优模型。发现增强型扩张管对其性能的提升最好并且双载体可以有效地提高催化转化器内部气流的均匀性，但压降很大。　　以上研究对改善催化转化器内部气流均匀性、减小压力损失、提高转化率、增长使用寿命以及探索新型催化转化器都具有十分重要的理论和现实意义。