论文部分内容阅读
DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.155
摘 要：随着科技的发展，社会的进步，汽车已经成为人们必要的代步工具，然而随着汽车保有量的不断增加，汽车尾气带来的大气污染问题越来越严重。为了有效验证汽车尾气带来的污染程度，该文首利用GT-power模拟计算出了在没有经过消声器时的汽车尾气浓度，说明了在经过三元催化转化器后汽车尾气浓度较高，仍有必要设计净化手段。
关键词：汽车尾气 浓度 模拟计算
中图分类号：TG249 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（b）-0155-02
隨着社会的发展，汽车现已成为人们日常出行的常用工具，预计2020年将达到13103万辆。但随着汽车保有量的增加，汽车在给人们的生活带来便利的同时也带来了严重的社会问题，其中就包括大气污染等等。为了验证汽车尾气排放的污染程度，该文特采用GT-power模拟计算出了在没有经过消声器时的汽车尾气浓度，计算过程如下。
1 所建模型的发动机基本参数
本设计以一款中小型车用发动机模型为基础，进行了物理模型的建立。通过对该发动机所建立的物理模型进行模拟运行，可以计算出发动机的扭矩、功率、浓度和噪声等性能参数，为后期在不同工况下汽车尾气的扩散和汽车主消声器的设计提供理论依据。该发动机的基本参数如表1所示。
2 建模过程
GT-power软件有一个自己的零件模型库，里边包含如气缸、曲轴、各种管结构、管接头、滤清器、气门、喷油器等机械结构，各种燃烧模型、喷射模型、传热模型和气体流动模型等。我们可以根据自身需要选取所需机械结构模块及各种模型，并进行相应的参数设置，最后将各个机构连接起来构成最终的发动机模型。具体建模过程如下。
（1）定义外部环境参数。
（2）进气支管。
（3）进气道。
（4）进排气门。
（5）气缸。
（6）喷油器。
（7）排气道与排气支管。
（8）整体模型。
3 模型校验
建立完成发动机模型后，并不能确定软件建立模型对真实发动机运行过程是否能够做到准确真实的反映，因此需要进行验证。运行该模型的工作流程，将所得实验数据输入GT-post与所建模型仿真结果比较。扭矩误差与功率误差均在5%以内，由此可以证明所建模型是准确的。
4 结果分析
通过以上过程，得到了在不同工况下汽车尾气中NOx、CO和碳氢化合物等污染物的排放曲线，考虑到该文主要是针对NOx进行净化方法的设计，所以以NOx为例分析其浓度曲线图。其结果如图1所示。
由仿真实验结果分析可知如下几点。
（1）汽车尾气中的NOx主要是NO，根据高温NO的生成机理，产生NO的三要素是温度、氧浓度和反应时间，即在足够的氧浓度条件下，温度越高和反应时间越长，则NO的生成量越大。
（2）在发动机转速为3000r/min左右时，由于汽车空燃比的变化和燃烧温度的变化NO的排放浓度较高。之后，随着发动机转速的提高，NOx的浓度有所降低，这是因为随着转速的提高供油提前角一定时，提前喷油的实际时间缩短，使参加混合燃烧的燃油量变少，初期放热量和放热峰值降低，从而使最高燃烧温度降低。高转速时缸内高温的持续时间缩短，这两个因素都促成在高速时NOx的生成和排放浓度下降。
（3）经过三元催化转化器后，汽车尾气中NOx度仍然较高，面对如今越加严重的大气污染问题，我们有必要研究汽车尾气在大气中的扩散情况，并且在经过三元催化转化器后有必要采取更多的净化手段来降低排放到大气中的污染物的浓度。
5 结语
该文阐述了在GT-power中建立发动机模型的过程，利用GT-power模拟计算出了1.6L发动机在不同转速下的尾气排放浓度，证明了发动机排放的废气在经过三元催化转化器后仍然有必要采取一定的净化手段来降低其排放浓度，从而为后续在消声器中增加净化功能奠定理论基础。
参考文献
[1] 王银燕，杜剑维，王贺春，等.基于GT-power与Simulink的发动机及其控制系统仿真[J].系统仿真学报，2008（16）：4379-4381，4386.
[2] 陈韶舒，李志军，刘磊，等.基于GT-POWER的NOx吸附还原催化器建模研究[J].汽车工程，2015（4）：387-390.
[3] 耿永生.汽车尾气污染及其控制技术[J].环境科学导刊，2010（6）：62-69.
[4] 卢元燕.基于GT-Power分析运用的排气系统优化[J].机械工程师.2014（9）：120-122.
[5] 马雪皎.基GT-Power软件的汽车排气系统消声器的设计[J].机械工程与自动化.2011（6）：64-65.
[6] 汤鸿明，杨永平，胡孝明，等.基于GT-Power的消声器声学性能分析计算[J].装备制造技术.2015（11）：30-32.
[7] 张瑶，张鸿雁，崔海航，等.机动车单车扬尘浓度分布规律的模拟[J].环境工程学报.2013（8）：3094-9098.
[8] 黄汉明，刘慕仁，韩仲志，等.城市交通汽车尾气扩散与分布建模仿真[J].云南大学学报（自然科学版）. 2005（S2）：256-261.
[9] 王嘉松，黄震.城市街区大气流动与汽车尾气扩散的三维数值模拟[J].上海环境科学.2003（4）：227-229.
[10] 武周虎，贾洪玉.倾斜岸河流和水库水面污染带下的污染物质量浓度分布[J].水利水电科技进展.2012，32（6）：1-5.
摘 要：随着科技的发展，社会的进步，汽车已经成为人们必要的代步工具，然而随着汽车保有量的不断增加，汽车尾气带来的大气污染问题越来越严重。为了有效验证汽车尾气带来的污染程度，该文首利用GT-power模拟计算出了在没有经过消声器时的汽车尾气浓度，说明了在经过三元催化转化器后汽车尾气浓度较高，仍有必要设计净化手段。
关键词：汽车尾气 浓度 模拟计算
中图分类号：TG249 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（b）-0155-02
隨着社会的发展，汽车现已成为人们日常出行的常用工具，预计2020年将达到13103万辆。但随着汽车保有量的增加，汽车在给人们的生活带来便利的同时也带来了严重的社会问题，其中就包括大气污染等等。为了验证汽车尾气排放的污染程度，该文特采用GT-power模拟计算出了在没有经过消声器时的汽车尾气浓度，计算过程如下。
1 所建模型的发动机基本参数
本设计以一款中小型车用发动机模型为基础，进行了物理模型的建立。通过对该发动机所建立的物理模型进行模拟运行，可以计算出发动机的扭矩、功率、浓度和噪声等性能参数，为后期在不同工况下汽车尾气的扩散和汽车主消声器的设计提供理论依据。该发动机的基本参数如表1所示。
2 建模过程
GT-power软件有一个自己的零件模型库，里边包含如气缸、曲轴、各种管结构、管接头、滤清器、气门、喷油器等机械结构，各种燃烧模型、喷射模型、传热模型和气体流动模型等。我们可以根据自身需要选取所需机械结构模块及各种模型，并进行相应的参数设置，最后将各个机构连接起来构成最终的发动机模型。具体建模过程如下。
（1）定义外部环境参数。
（2）进气支管。
（3）进气道。
（4）进排气门。
（5）气缸。
（6）喷油器。
（7）排气道与排气支管。
（8）整体模型。
3 模型校验
建立完成发动机模型后，并不能确定软件建立模型对真实发动机运行过程是否能够做到准确真实的反映，因此需要进行验证。运行该模型的工作流程，将所得实验数据输入GT-post与所建模型仿真结果比较。扭矩误差与功率误差均在5%以内，由此可以证明所建模型是准确的。
4 结果分析
通过以上过程，得到了在不同工况下汽车尾气中NOx、CO和碳氢化合物等污染物的排放曲线，考虑到该文主要是针对NOx进行净化方法的设计，所以以NOx为例分析其浓度曲线图。其结果如图1所示。
由仿真实验结果分析可知如下几点。
（1）汽车尾气中的NOx主要是NO，根据高温NO的生成机理，产生NO的三要素是温度、氧浓度和反应时间，即在足够的氧浓度条件下，温度越高和反应时间越长，则NO的生成量越大。
（2）在发动机转速为3000r/min左右时，由于汽车空燃比的变化和燃烧温度的变化NO的排放浓度较高。之后，随着发动机转速的提高，NOx的浓度有所降低，这是因为随着转速的提高供油提前角一定时，提前喷油的实际时间缩短，使参加混合燃烧的燃油量变少，初期放热量和放热峰值降低，从而使最高燃烧温度降低。高转速时缸内高温的持续时间缩短，这两个因素都促成在高速时NOx的生成和排放浓度下降。
（3）经过三元催化转化器后，汽车尾气中NOx度仍然较高，面对如今越加严重的大气污染问题，我们有必要研究汽车尾气在大气中的扩散情况，并且在经过三元催化转化器后有必要采取更多的净化手段来降低排放到大气中的污染物的浓度。
5 结语
该文阐述了在GT-power中建立发动机模型的过程，利用GT-power模拟计算出了1.6L发动机在不同转速下的尾气排放浓度，证明了发动机排放的废气在经过三元催化转化器后仍然有必要采取一定的净化手段来降低其排放浓度，从而为后续在消声器中增加净化功能奠定理论基础。
参考文献
[1] 王银燕，杜剑维，王贺春，等.基于GT-power与Simulink的发动机及其控制系统仿真[J].系统仿真学报，2008（16）：4379-4381，4386.
[2] 陈韶舒，李志军，刘磊，等.基于GT-POWER的NOx吸附还原催化器建模研究[J].汽车工程，2015（4）：387-390.
[3] 耿永生.汽车尾气污染及其控制技术[J].环境科学导刊，2010（6）：62-69.
[4] 卢元燕.基于GT-Power分析运用的排气系统优化[J].机械工程师.2014（9）：120-122.
[5] 马雪皎.基GT-Power软件的汽车排气系统消声器的设计[J].机械工程与自动化.2011（6）：64-65.
[6] 汤鸿明，杨永平，胡孝明，等.基于GT-Power的消声器声学性能分析计算[J].装备制造技术.2015（11）：30-32.
[7] 张瑶，张鸿雁，崔海航，等.机动车单车扬尘浓度分布规律的模拟[J].环境工程学报.2013（8）：3094-9098.
[8] 黄汉明，刘慕仁，韩仲志，等.城市交通汽车尾气扩散与分布建模仿真[J].云南大学学报（自然科学版）. 2005（S2）：256-261.
[9] 王嘉松，黄震.城市街区大气流动与汽车尾气扩散的三维数值模拟[J].上海环境科学.2003（4）：227-229.
[10] 武周虎，贾洪玉.倾斜岸河流和水库水面污染带下的污染物质量浓度分布[J].水利水电科技进展.2012，32（6）：1-5.