收藏本站
《湖南大学》 2008年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

三效催化转化器高效长寿低排放优化设计理论及方法研究

刘孟祥  
【摘要】: 针对三效催化转化器转化效率低、起燃温度较高、工作寿命较短以及工作过程排放控制效率较低等现实存在的问题,将机理建模、数值模拟、多学科设计优化以及人工智能等理论应用于三效催化转化器的研发以及工作环境优化匹配过程中,以期探索一种更为有效、合理的高效长寿低排放三效催化转化器优化设计理论及方法,使三效催化转化器转化效率高、起燃温度较低、工作寿命较长以及工作过程排放控制效率高等性能,这对于提高汽车三效催化转化器的排放控制水平,探索新的三效催化转化器研发方法和技术都具有重要的理论意义和现实意义。 本文以湖南大学“985”二期——汽车先进设计制造技术科技创新平台(动力排放与电控子项目)(教重函[2004]1号)及湖南省科技攻关重点项目“车用三效催化转化器理论方法、关键技术及应用”(湘科计[2002]87号)为依托,以成功研发转化效率高、起燃温度较低、工作寿命较长以及工作过程排放控制效率高的三效催化转化器为目的,采取理论分析与实验研究相结合的方法,创新研究一种高效长寿低排放三效催化转化器优化设计理论及方法,论文的主要工作及创新点如下: (1)建立了包括流动与传热、化学反应等子模型在内的多形状三效催化转化器性能数学模型,提出了用于流动与传热守恒方程组计算的控制容积逐面叠加法以及湍流流动压力场数值解法,以椭圆截面为代表的非圆柱形载体进行数值模拟,并分析了椭圆率、载体长度与载体截面积耦合、载体孔密度与孔壁厚耦合对三效催化转化器性能的影响,为多形状三效催化转化器性能研究提供了坚实的理论基础。(2)基于汽车三效催化转化器中气相和固相(载体表面)的质量平衡和能量平衡原理,建立了包括多基元催化反应机理、催化剂表面覆盖度变化、Ce储放氧的化学反应等子模型的多基元反应的三效催化转化器转化特性数学模型,模拟结果表明,转化效率模拟结果、气体组分分布与催化剂表面覆盖度变化模拟结果、三效催化转化器冷起动模拟结果以及助催化剂的储放氧能力模拟结果均与试验结果相吻合。 (3)从烧结速率以及反应速率建立了包含劣化过程的三效催化转化器的劣化特性模型,对三效催化转化器老化特性进行数值仿真,结果表明:在老化过程中,Pt颗粒平均直径迅速增大,而失活因子在老化后迅速减小,催化剂的活性下降最大。在三效催化转化器100000km老化后, HC、CO、NOx三种气体的转化效率都降低20%以上。为此,从催化剂及其分布等方面提出了三效催化转化器的抗劣化措施,为三效催化转化器结构优化和性能改进提供了一定的依据。 (4)首次提出了高效长寿三效催化转化器多学科优化设计方法,即以三效催化转化器转化效率、压力损失、质量以及抗热冲击性能为目标函数建立了多学科设计优化模型,系统研究基于多形状、多工况等几何、结构以及状态约束下高效长寿三效催化转化器的整体优化,采用高效长寿三效催化转化器多学科优化设计方法后,结果表明,三效催化转化器转化效率η提高了5.42%,压力损失Δp下降了6.99%,质量M减少了11.68%,位移变形Δε减少了20.91%,整体性能U提高了8.40%。这为高效长寿低污染三效催化转化器的优化设计提供了有力的理论指导。(5)采用最小二乘法和最小二乘支持向量机建立汽油机空气质量流量测量动态模型,基于椭圆齿轮油耗测量传感器测量原理建立了汽油质量流量测量模型,应用小波分析提取或者去除信号中的白噪声,分别采用剔除跳变信号算法及递推平均滤波算法剔除测量信号所出现的跳动性和波动性,并对去噪声处理后数据的进行函数链神经网络拟合,有效地消除采集数据时各种干扰的存在。并针对三效催化转化器工作环境参数信号特点,设计了模糊神经网络控制器和采用串行编程与ODBC技术相结合成功地开发了三效催化转化器工作环境热工状况监测系统,为确保三效催化转化器工作环境优化匹配提供有力的技术支持。 汽油机三效催化转化器台架实验结果表明,本文研发的三效催化转化器的起燃温度大约在255℃左右。将三效催化转化器在国家汽车检测中心(襄樊)进行整车匹配后的排放检测实验,结果表明:本文研发的三效催化转化器对三种废气的转化效率均在92%以上,各项性能指标均满足欧IV排放标准限值。汽油机三效催化转化器与整车配套使用结果表明,本文研发的三效催化转化器与整车装车使用寿命长达120000km以上。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:U464.13

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 武汇理;;三效催化转化器的故障诊断方法[J];汽车维护与修理;2005年07期
2 钱人一;中国汽车排放新法规及其推行(二)[J];汽车与配件;1999年01期
3 许光峰;;柴油汽车三效催化转化器的设计与试验[J];汽车维护与修理;2001年02期
4 周云;;闭环电喷车加装三效催化转化器对尾气排放的影响[J];汽车维护与修理;2001年05期
5 ;汽车维修知识自检题(二)[J];汽车维护与修理;2007年05期
6 豪彦;贯彻新标准 驶入新世纪——记’99上海机动车与环境研讨会(二)[J];汽车与配件;1999年38期
7 张强;;三效催化转化器的检测诊断[J];汽车维护与修理;2001年03期
8 龚金科,彭炜琳,康红艳,刘孟祥,谭理刚;车用三效催化转化器排放特性的数值模拟[J];移动电源与车辆;2005年03期
9 陈鹏;;快速老化轻型汽车三效催化转化器方法的研究[J];上海汽车;2008年04期
10 苏海峰;;三效催化转化器的正确安装与使用[J];汽车维护与修理;2001年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘蔚;操安喜;赵敏;崔维成;;两层分级多学科设计优化在AUV概念设计中的应用[A];中国造船工程学会2009年优秀学术论文集[C];2010年
2 王威;范文慧;常天庆;熊光楞;刘慧慧;;复杂产品多学科鲁棒设计优化方法研究[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
3 张磊;邱志平;王晓军;;基于响应面方法的多学科协同稳健优化设计方法[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
4 蔡伟;陈小前;姚雯;;基于加速收敛BLISS的不确定性多学科设计优化[A];第六届中国不确定系统年会论文集[C];2008年
5 段勇;龚旭东;;基于多学科设计优化弹道导弹概念设计研究[A];探索 创新 交流——第三届中国航空学会青年科技论坛文集(第三集)[C];2008年
6 湛岚;沈琼;余雄庆;;基于CAD模型的机翼气动/结构多学科设计优化[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
7 尹海莲;余雄庆;;考虑制造成本的复合材料机翼结构优化设计[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
8 韩旭;陶友瑞;姜潮;;一种基于线性物理规划和两极系统集成分析方法的多目标多学科优化方法[A];结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009(CSMO-2009)论文集[C];2009年
9 王婧超;李立州;岳珠峰;;高层建筑三维气动结构耦合设计优化[A];第15届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ册)[C];2006年
10 邓文熙;张凌燕;吴文瑞;黄海;;考虑变轨要求的卫星总体参数优化研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前7条
1 ;汽车三效催化转化器最怕啥[N];中国汽车报;2000年
2 本报记者 徐恒;航空信息化:市场潜力大 应用待加强[N];中国电子报;2009年
3 庄人隽;节油净化器的是与非[N];中国汽车报;2004年
4 范增军;我们的商用车差在哪里[N];中国商报;2000年
5 方茂东;催化转化器测试与评价[N];中国汽车报;2001年
6 张梁;汽车排放后处理系统计算机模拟技术填补国内空白[N];大众科技报;2004年
7 张梁;天津汽车排放后处理系统计算机模拟技术研制成功[N];中国高新技术产业导报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘孟祥;三效催化转化器高效长寿低排放优化设计理论及方法研究[D];湖南大学;2008年
2 蔡皓;三效催化转化器长寿低排放机理及性能优化研究[D];湖南大学;2010年
3 陈炉云;基于多学科设计优化的潜艇结构-声辐射优化研究[D];上海交通大学;2008年
4 姜哲;多学科设计优化在桁架式Spar平台概念设计中的应用研究[D];上海交通大学;2010年
5 胡添元;飞翼布局飞机总体多学科设计优化研究[D];南京航空航天大学;2010年
6 李响;多学科设计优化方法及其在飞行器设计中的应用[D];西北工业大学;2004年
7 冯佰威;基于多学科设计优化方法的船舶水动力性能综合优化研究[D];武汉理工大学;2011年
8 刘蔚;多学科设计优化方法在7000米载人潜水器总体设计中的应用[D];上海交通大学;2007年
9 苏子健;多学科设计优化的分解、协同及不确定性研究[D];华中科技大学;2008年
10 钟小强;个性化产品快速响应设计方法研究[D];中国科学技术大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 毛丽;车用三效催化转化器劣化性能分析及寿命预测研究[D];湖南大学;2011年
2 赵晟辰;基于ISIGHT的连杆有限元分析及多学科设计优化[D];江苏科技大学;2011年
3 焦利明;多学科设计优化理论在并联机构中的应用[D];郑州大学;2012年
4 原薇;基于可靠性的多学科设计优化[D];大连理工大学;2006年
5 虞跨海;航空发动机涡轮冷却叶片多学科设计优化技术研究[D];西北工业大学;2006年
6 张文;三效催化转化器及陶瓷密封衬垫评价系统研究与开发[D];武汉理工大学;2006年
7 裴元江;电控汽油机针对欧Ⅲ排放的燃油控制策略研究[D];天津大学;2005年
8 蔡隆玉;多形状多结构参数三效催化转化器数值模拟及应用研究[D];湖南大学;2007年
9 陈文;基于多学科设计优化理论的数控机床综合误差补偿的并行算法[D];北京工业大学;2009年
10 袁亚辉;多学科设计优化及其不确定性研究[D];电子科技大学;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026