CN108223078A - 一种采用催化净化器压降试验优化cfd背压计算的方法 - Google Patents

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陈增响
付细平
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Abstract

本发明涉及一种采用催化净化器压降试验优化CFD背压计算的方法，包括如下步骤；准备不同规格催化净化器的载体；制定载体测量试验大纲；在不同流量下进行试验，获得不同流量下载体压降△P和载体速度w的数据；整理试验获得的不同流量下的载体速度w、载体压降△P数据，采用Forchheimer压降公式拟合得到载体阻力系数；把载体阻力系数输入CFD压降公式中，能够获得任意工况下载体的压降值；本发明通过催化净化器压降试验来获得背压计算方法中的载体阻力系数，将载体阻力系数带入CFD背压计算方法，能够获得任意工况下更加准确的压降值，与试验的压降结果误差更小，能够更加准确地评估整个排气系统的背压。

Description

一种采用催化净化器压降试验优化CFD背压计算的方法
技术领域
本发明涉及一种背压计算的方法，尤其是一种采用催化净化器压降试验优化CFD(Computational Fluid Dynamics)背压计算的方法，属于汽油机尾气后处理技术领域。
背景技术
为了满足尾气排放要求，在发动机后设置催化净化器，有害气体在载体内催化剂的作用下发生氧化还原反应，转化为无害气体，通过排气系统排放至大气中。整个排气系统的压力损失直接影响着发动机的动力性能，而催化净化器的压力损失占整个排气系统的比例较大，合理地控制催化净化器的压降十分重要。一般催化净化器的压降包括前端盖、载体、后端盖三个区域，其中载体的压降占比很大，一般在50％以上。目前可以通过CFD仿真计算的方式获取载体压降及整个排气系统的背压，但是目前采用CFD计算的压降结果与试验结果存在较大的误差。
发明内容
本发明的目的是针对现有的净化器的缺陷，提供一种采用催化净化器压降试验优化CFD背压计算的方法，通过催化净化器压降试验优化的CFD背压计算方法，能够获得更加准确的压降值，与试验的压降结果的误差更小，能够更加准确地评估整个排气系统的背压。
为实现以上技术目的，本发明采用的技术方案是：一种采用催化净化器压降试验优化CFD背压计算的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一.准备不同规格催化净化器的载体；
步骤二.制定载体测量试验大纲；
步骤三.在不同流量下进行试验，获得不同流量下载体压降△P和载体速度 w的数据；
步骤四.整理试验获得的不同流量下的载体速度w、载体压降△P数据，采用Forchheimer压降公式拟合得到载体阻力系数；
步骤五.把载体阻力系数输入CFD压降公式中，最终能够获得任意工况下载体的压降值。
进一步地，所述步骤一中，不同规格载体为不同长度L、不同直径D、不同目数以及不同催化剂涂覆量的载体。
进一步地，所述步骤二中，所述载体测量试验大纲包括；试验设备、测试参数、测试条件和测试位置；
进一步地，所述试验设备包括冷流试验台、风速仪、压差传感器、信号采集器；所述测试参数为载体压降△P和载体速度w；所述测试条件为室温下不同流量；所述测点位置：在进气筒体的第一截面和出气筒体的第二截面圆周边缘均匀布置4个用于测试压力的测孔，在进气筒体的第一截面上半圆周边缘均匀布置2个用于测试速度的测孔。
进一步地，所述步骤三中通过信号采集器采集数据的过程中，风速仪为固定不动状态，且在测量数据稳定后再进行数据采集。
进一步地，所述步骤四中的压降计算公式为
其中，α为粘性阻力系数，β为惯性阻力系数，dp为载体两端压差，dx为载体轴向长度，w为载体轴向平均速度，ρ为气体密度，μ为动力粘滞系数。
进一步地，将载体的粘性阻力系数α和惯性阻力系数β输入到CFD压降计算公式中，能够获得任意工况下载体的压降值。
从以上描述可以看出，本发明的技术效果在于：本发明与现有技术相比，通过催化净化器压降试验优化的CFD背压计算方法，能够获得更加准确的压降值，与试验的压降结果的误差更小，能够更加准确地评估整个排气系统的背压。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是本发明催化净化器的剖视结构示意图。
图3是本发明测试点的第一截面示意图。
图4是本发明测试点的第二截面示意图。
附图标记说明：1-冷流试验台、2-进气直管、3-进气端盖、4-进气筒体、5- 载体组件、6-法兰、7-出气筒体、8-出气端盖、9-出气直管、10-第一截面、11- 第二截面。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
一种采用催化净化器压降试验优化CFD背压计算的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一.准备不同规格催化净化器的载体；不同规格载体为不同长度L、不同直径D、不同目数以及不同催化剂涂覆量的载体。
步骤二.制定载体测量试验大纲；所述载体测量试验大纲包括；试验设备、测试参数、测试条件和测试位置；
如图2所示，搭建试验台架由冷流试验台1、进气直管2、进气端盖3、进气筒体4、载体组件5、法兰6、出气筒体7、出气端盖8、出气直管9构成；所述冷流试验台1与进气直管2连接，所述进气直管2与进气端盖3焊接，所述出气直管9与出气端盖8焊接，所述进气端盖3、出气端盖8分别与进气筒体4、出气筒体7焊接，所述进气筒体4、出气筒体7之间通过法兰6设置载体组件5；所述第一截面10为进气筒体4的截面，第二截面11为出气筒体7的截面；
所述测试参数为载体压降△P和载体速度w；
所述测试条件为室温下不同流量，且流量和温度均可以由冷流试验台1直接读数；
如图3和图4所示，所述测点位置：在进气筒体4的第一截面10和出气筒体7的第二截面11圆周边缘均匀布置4个用于测试压力的测孔，在前筒体4的第一截面10上半圆周边缘均匀布置2个用于测试速度的测孔；
压力测量：在第一截面10和第二截面11进行压力测量，在2个截面位置的筒体周向方向上均匀布置4个测孔，分别为P1、P2、P3、P4，在靠近筒体内壁位置布置压力传感器，采用环压测量方法，对每个截面测得的压力值取平均；
速度测量：在第一截面10进行速度测量，在第一截面10位置筒体上半周均匀布置2个测孔，分别为V1、V2，采用风速仪插入筒体内部测量速度，在距离测孔1/2R、R(R为筒体半径)的位置读取速度值，对每个截面测得的速度值取平均。
步骤三.在不同流量下进行试验，获得不同流量下载体压降△P和载体速度 w的数据；通过信号采集器采集数据的过程中，风速仪为固定不动状态，且在测量数据稳定后再进行数据采集；
步骤四.整理试验获得的不同流量下的载体速度w、载体压降△P数据，采用Forchheimer压降公式拟合得到载体阻力系数；
所述压降计算公式为
其中，α为粘性阻力系数，β为惯性阻力系数，dp为载体两端压差，dx为载体轴向长度，w为载体轴向平均速度，ρ为气体密度，μ为动力粘滞系数；
以不同载体目数和壁厚为例，在不同流量下拟合的载体阻力系数数据如下表：
步骤五.将载体的粘性阻力系数α和惯性阻力系数β输入到CFD压降计算公式中，能够获得任意工况下载体的压降值，进而准确地评估排气系统背压。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种采用催化净化器压降试验优化CFD背压计算的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一.准备不同规格催化净化器的载体；
步骤二.制定载体测量试验大纲；
步骤三.在不同流量下进行试验，获得不同流量下载体压降△P和载体速度w的数据；
步骤四.整理试验获得的不同流量下的载体速度w、载体压降△P数据，采用Forchheimer压降公式拟合得到载体阻力系数；
步骤五.把载体阻力系数输入CFD压降公式中，最终能够获得任意工况下载体的压降值。
2.根据权利要求1所述的一种采用催化净化器压降试验优化CFD背压计算的方法，其特征在于：所述步骤一中，不同规格载体为不同长度L、不同直径D、不同目数以及不同催化剂涂覆量的载体。
3.根据权利要求1所述的一种采用催化净化器压降试验优化CFD背压计算的方法，其特征在于：所述步骤二中，所述载体测量试验大纲包括；试验设备、测试参数、测试条件和测试位置。
4.根据权利要求3所述的一种采用催化净化器压降试验优化CFD背压计算的方法，其特征在于：所述试验设备包括冷流试验台、风速仪、压差传感器、信号采集器；所述测试参数为载体压降△P和载体速度w；所述测试条件为室温下不同流量；所述测点位置：在进气筒体(4)的第一截面(10)和出气筒体(7)的第二截面(11)圆周边缘均匀布置4个用于测试压力的测孔，在进气筒体(4)的第一截面(10)上半圆周边缘均匀布置2个用于测试速度的测孔。
5.根据权利要求1所述的一种采用催化净化器压降试验优化CFD背压计算的方法，其特征在于：所述步骤三中通过信号采集器采集数据的过程中，风速仪为固定不动状态，且在测量数据稳定后再进行数据采集。
6.根据权利要求1所述的一种采用催化净化器压降试验优化CFD背压计算的方法，其特征在于：所述步骤四中的压降计算公式为
其中，α为粘性阻力系数，β为惯性阻力系数，dp为载体两端压差，dx为载体轴向长度，w为载体轴向平均速度，ρ为气体密度，μ为动力粘滞系数。
7.根据权利要求6所述的一种采用催化净化器压降试验优化CFD背压计算的方法，其特征在于：将载体的粘性阻力系数α和惯性阻力系数β输入到CFD压降计算公式中，能够获得任意工况下载体的压降值。
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