目前,机动车三元催化转化是控制车辆排放污染的主流技术,催化转化器是车辆排气系统中的一项关键配套装置。随着排放法规的日趋严格,对其性能的要求越来越高,结构设计也更复杂,结构对于催化转化器性能的影响也越来越明显,传统的设计思想已无法满足要求。本课题的研究正是在这样的背景下,依托国内催化转化器生产的龙头企业—无锡威孚力达催化净化器有限责任公司,开展利用先进模拟技术分析催化转化器的内部流动特性,指导产品的结构设计。本文在充分分析目前国内外机动车排放控制现状及后处理技术的基础上,结合实际的产品研发,进行了以下几方面的研究工作:(1)研究了催化转化器的流动特性,对流体运动控制方程进行了合理的简化,建立了针对特定问题的数学模型及参数计算模型,为CFD软件应用的可靠性提供了理论支持。仿真结果表明:过程收敛性较好,结果精度较高。(2)通过常规三元催化转化器的稳态流场分析及0-20s的瞬态转化效果分析,找出了影响流动特性的主要因素;同时积累了适用于催化转化器的边界条件和参数设置,试验结果表明:本文建立的模拟分析方法具有很高的可靠性和普遍性。该分析方法在华晨2.0T发动机催化转化器的实例中得到应用,通过提出的三种结构改进方案,成功解决了由于结构不合理导致的国标12小时耐久试验中载体脱落的问题。(3)利用最新的1D-3D耦合技术对福田486歧管式催化转化器进行了流动仿真计算,分析了歧管式催化转化器对整个发动机进排气系统的影响。根据分析结果及设计要求对原模型进行了优化,并在发动机试验台架上进行了试验验证,试验结果表明:优化后的模型可大大改善气体的流动特性,提高催化转化效率、缩短起燃时间,同时还提高了发动机的性能。论文的研究成果在实际生产中得到了成功应用,为歧管式催化转化器的设计和改进提供了依据和方向,同时也可为其它同类产品的研发提供借鉴。