汽车催化器流场分析
汽车催化器流场分析
汽车催化器是安装在汽车排气系统中重要的机外净化装置，可将汽车尾气中的有害氧化物转化为可排放气体排出。基于流体分析软件INTESIM-CFD1对汽车催化器内部气体的流动状态进行分析预测。
案例所属物理场：流体场INTESIM-CFD1
案例主要验证功能：多孔介质模型
分析类型：稳态分析
模型介绍
对催化器模型进行分域，中间催化剂区域设置为多孔介质。整体模型划分为非结构化网格，壁面处划分边界层网格，网格总数约为100万，流体域网格如图1所示。
图1 流体域网格
材料参数
流体材料为气体，物性参数如表1所示。
表1 流体材料物性参数
气体密度(kg/m³) | 1.225 |
比热 (J/KgK) | 1006.43 |
粘性系数 (Pa.s) | 1.84e-05 |
热传导率 (W/mK) | 0.026 |
计算条件
流体场边界条件示意图如图2所示，入口为速度入口，速度为10m/s，出口为压力出口，压力为0，其余为壁面边界。
图2 流场边界条件
流场中部为多孔介质区域，多孔介质模型选择Darcy-Forchherimer，具体参数设置如表2、表3所示。
表2 多孔介质阻力参数
粘性阻力 | 惯性阻力 | ||
方向1 | 2.17391e+07 | 方向1 | 81.6327 |
方向2 | 2.17391e+07 | 方向2 | 81.6327 |
方向3 | 2.17391e+07 | 方向3 | 81.6327 |
表3 多孔介质区域坐标系
方向1向量 | 方向2向量 | ||
X | 1 | X | 0 |
Y | 0 | Y | 1 |
Z | 0 | Z | 0 |
仿真结果
表面压力分布、流场截面速度分布图
INTESIM与对标商软计算得到的催化器表面压力分布、流场截面速度分布如图3、图4所示，由图可见，气体流经多孔介质区域时，受到较大阻力，速度骤减，从多孔区域流出后恢复正常流速。
INTESIM与对标商软计算的流场分布趋势一致，数值相近。
（a）INTESIM软件压力分布
（b）对标商软压力分布
图3 表面压力分布云图
（a）INTESIM软件截面速度分布
（b）对标商软截面速度分布
图4 流场截面速度分布云图
流场结果数据及差异对比
催化器流场结果数据及差异对比如下表所示：
表4 流场结果对标统计
对标变量 | INTESIM结果 | 对标商软结果 | 相差 |
表面最大正压（Pa） | 994.6 | 952.8 | 4.4% |
表面最大负压（Pa） | -547.32 | -526.9 | 3.9% |
截面最大速度（m/s） | 35.729 | 36.03 | 0.8% |
总结
本案例对汽车排气管道催化器流场进行仿真分析，将催化剂区域处理为多孔介质模型，计算得到流场速度、压力分布，结果与对标商软差异在5%以内，验证了INTESIM软件较高的计算精度，具备处理此类问题的能力。
END
