催化转换器CatConv剖析.ppt

催化转换器Catalytic Converter 教程 4 催化转换器 模拟概述 腔体完整尺寸： 进气道直径 = 0.4 [m] 中部腔体横截面面积 = 1 [m] × 1 [m] 催化层厚度 = 0.1 [m] 入口到出口总长 = 3.4 [m] 由于垂直对称，只考虑一半几何体 工作流体：Air Ideal Gas 流动条件： 入口质量流量 = 0.38 [ kg/s ] 入口温度 = 580 [ K ] 出口静压 = 0 [ Pa ] 催化剂孔隙率（Catalyst porosity）= 45 % 催化阻力系数将在后边计算 开始模拟 启动 Workbench ，点击 Advanced CFD CFX-Pre 中创建一个新模拟，存储为 Catflow.cfx 目录树中右键点击 Mesh ，导入 CFX 网格文件（gtm） catmain.gtm 继续导入 CFX 网格文件（gtm）catporous.gtm 目录树中将显示两个网格集合。过后，将使用域交界面把这些网格连接起来。 旋转网格集合 接着您将复制旋转出口端网格，形成入口端网格 目录树中右键点击 Mesh ，选择 Transform Mesh 在 Target Assemblies 选择框内，选择 Assembly 按照右图进行旋转设置 激活 Multiple Copies 复选框，然后点击 OK 创建新区域 创建合成区域（ Composite Regions ）使得我们在创建域和边界条件时的选择更便捷 主菜单中选择 Insert Composite Region 命名为 Converter 在 Combination 处选择 Union 设置 Dimension 为 3D 此操作对网格区域列表进行过滤，将只显示 3D 区域 区域列表中选择 Assembly 和 Assembly 3 （使用 … 按钮） 这两组网格集合组成了流体域 点击 Ok ，创建合成区域 定义流体域 工具栏中选择创建域（Create Domain）按钮 ，命名为 Converter 位置在 Converter 流体类型选择 Air Ideal Gas。默认的 Reference Pressure 为 1 [ atm ] 和不考虑浮力（Non-Buoyant）对此模拟适合 在 Fluid Models 键下，设置 Heat Transfer Model 为 Isothermal ，设置 Fluid Temperature 为 580 [ K ] 留下 Turbulence Option 默认设置为 k-Epsilon Model 点击 Ok ，创建域 多孔介质域背景 穿过厚度为 Δx 的多孔层发生的压力降 ΔP 与流动速度 V 和二次阻力系数 KQ 之间存在以下关系： KQ=(ΔP/Δx)/V2 KQ 取决于多孔介质的材料属性，我们必须把其引入到 CFX 技术书籍通常以系数 KB 的形式给出多孔介质材料信息： KB = (ΔP)/(ρV2/2) 这里 ρ 为流体密度。因此，KQ 和 KB 之间遵循： KQ=KB*ρ/2Δx 多孔介质域背景 对于催化多孔介质材料 KB = 40 基于入口温度，密度 ρ 可以以 0.609 [kg/m3] 来计算。基于质量流量和催化层横断面面积，穿过催化层的表观速度可估计为 1.25 [m/s] 因此如果流动均匀分布，我们预计穿过催化层的压力降约为 19.0 [Pa]。由于很可能不是这种情况，那么很可能出现一个更高一些的压力降。您可以在后边 CFX-Post 中验证我们的估计。 催化层的厚度为 0.1 [m]，假设 KB 取值 KB = 40 ，那么输入到 CFX 的KQ 值可取 122 [kg/m4] 定义多孔介质域 工具栏中选择创建域（Create Domain）按钮 ，命名为 Catlayer 位置在 Assembly 2 （使用 … 按钮），设置 Domain Type 为 Porous Domain 切换到 Porosity Settings 键 设置 Volume Porosity 为 0.45 设置 Loss Model 为 Directional Loss 设置 Loss Velocity Type 为 Superficial 在前面的幻灯片中损失系数是用表观速度来计算的 真实穿过多孔介质域的速度要更大，这是由于在多孔介质区域流体体积减小了 定义多孔介质域 输入 X 和 Y 分量为 0 ，Z 分量为1 ，以定义流向 Streamwise Direction 对于 Streamwise Loss ，设置 Option 为 Linear and Quadr