【摘 要】
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柴油机尾气排放污染与噪声污染是世界范围内亟待解决的问题,目前比较有效的措施就是使用催化转化器(Catalytic Converter)和颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter)对尾气进
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柴油机尾气排放污染与噪声污染是世界范围内亟待解决的问题,目前比较有效的措施就是使用催化转化器(Catalytic Converter)和颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter)对尾气进行净化,安装消声器进行噪声的控制,但是由于空间的限制,具有净化与消声双重功能的集成装置成为首选。声学特性与阻力特性是设计与评价尾气净化消声装置的基础,而催化转化器或者颗粒捕集器等能够兼顾净化与消声作用的结构,其声学与流场的计算比较复杂。本文首先对催化转化器和颗粒捕集器的声学与流场计算方法以及影响因素进行了详细研究。使用Fluent软件中的多孔介质模型计算催化载体以及过滤体阻力损失,将催化转化器和颗粒捕集器的压力损失计算公式与多孔介质数学模型类比,给出计算粘性阻力系数与惯性阻力系数的方法,然后通过仿真结果与文献中的实验数据进行对比验证了模型的正确性和精确性,接着研究了流速、温度和载体孔密度对催化转化器气体流动阻力的影响;过滤体直径、壁厚以及长径比对颗粒捕集器阻力特性的影响;同时还研究了耦合间距,前后载体长度对阻力特性的影响。为了找到一种能够准确计算催化转化器和颗粒捕集器传递损失的方法,本文使用有限元方法、传递矩阵法和传递阻抗法分别对催化转化器的传递损失进行计算,然后与文献中的实验数据进行对比,分析不同方法的计算特点以及准确性。结果表明有限元方法与实验数据吻合最好。最后使用有限元方法研究了载体孔密度、长度和温度对催化转化器消声性能的影响以及过滤体孔道宽度和温度对颗粒捕集器消声性能的影响。通过对初步设计的一套尾气净化消声装置进行传递损失与阻力特性的计算,可知共振频率不在基频范围内且阻力损失过大。为此分析了不同的结构因素如:腔体长度、共振管长度、进出口管穿孔率以及导流环对整个装置声学性能与阻力特性的影响,最后给出优化方案。再次计算的结果表明,该优化方案能够满足不同频段下的消声需要和不同转速下的阻力损失要求,流场均匀性较好。
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