基于GT—power的汽車尾氣濃度的模擬計(jì)算

劉全美++王杰++莫壽存++陳萌

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.155

摘 要：隨著科技的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，汽車已經(jīng)成為人們必要的代步工具，然而隨著汽車保有量的不斷增加，汽車尾氣帶來的大氣污染問題越來越嚴(yán)重。為了有效驗(yàn)證汽車尾氣帶來的污染程度，該文首利用GT-power模擬計(jì)算出了在沒有經(jīng)過消聲器時(shí)的汽車尾氣濃度，說明了在經(jīng)過三元催化轉(zhuǎn)化器后汽車尾氣濃度較高，仍有必要設(shè)計(jì)凈化手段。

關(guān)鍵詞：汽車尾氣 濃度 模擬計(jì)算

中圖分類號(hào)：TG249 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）05（b）-0155-02

隨著社會(huì)的發(fā)展，汽車現(xiàn)已成為人們?nèi)粘３鲂械某Ｓ霉ぞ撸A(yù)計(jì)2020年將達(dá)到13103萬輛。但隨著汽車保有量的增加，汽車在給人們的生活帶來便利的同時(shí)也帶來了嚴(yán)重的社會(huì)問題，其中就包括大氣污染等等。為了驗(yàn)證汽車尾氣排放的污染程度，該文特采用GT-power模擬計(jì)算出了在沒有經(jīng)過消聲器時(shí)的汽車尾氣濃度，計(jì)算過程如下。

1 所建模型的發(fā)動(dòng)機(jī)基本參數(shù)

本設(shè)計(jì)以一款中小型車用發(fā)動(dòng)機(jī)模型為基礎(chǔ)，進(jìn)行了物理模型的建立。通過對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)所建立的物理模型進(jìn)行模擬運(yùn)行，可以計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩、功率、濃度和噪聲等性能參數(shù)，為后期在不同工況下汽車尾氣的擴(kuò)散和汽車主消聲器的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。該發(fā)動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)如表1所示。

2 建模過程

GT-power軟件有一個(gè)自己的零件模型庫，里邊包含如氣缸、曲軸、各種管結(jié)構(gòu)、管接頭、濾清器、氣門、噴油器等機(jī)械結(jié)構(gòu)，各種燃燒模型、噴射模型、傳熱模型和氣體流動(dòng)模型等。我們可以根據(jù)自身需要選取所需機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊及各種模型，并進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，最后將各個(gè)機(jī)構(gòu)連接起來構(gòu)成最終的發(fā)動(dòng)機(jī)模型。具體建模過程如下。

（1）定義外部環(huán)境參數(shù)。

（2）進(jìn)氣支管。

（3）進(jìn)氣道。

（4）進(jìn)排氣門。

（5）氣缸。

（6）噴油器。

（7）排氣道與排氣支管。

（8）整體模型。

3 模型校驗(yàn)

建立完成發(fā)動(dòng)機(jī)模型后，并不能確定軟件建立模型對(duì)真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程是否能夠做到準(zhǔn)確真實(shí)的反映，因此需要進(jìn)行驗(yàn)證。運(yùn)行該模型的工作流程，將所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入GT-post與所建模型仿真結(jié)果比較。扭矩誤差與功率誤差均在5%以內(nèi)，由此可以證明所建模型是準(zhǔn)確的。

4 結(jié)果分析

通過以上過程，得到了在不同工況下汽車尾氣中NOx、CO和碳?xì)浠衔锏任廴疚锏呐欧徘€，考慮到該文主要是針對(duì)NOx進(jìn)行凈化方法的設(shè)計(jì)，所以以NOx為例分析其濃度曲線圖。其結(jié)果如圖1所示。

由仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知如下幾點(diǎn)。

（1）汽車尾氣中的NOx主要是NO，根據(jù)高溫NO的生成機(jī)理，產(chǎn)生NO的三要素是溫度、氧濃度和反應(yīng)時(shí)間，即在足夠的氧濃度條件下，溫度越高和反應(yīng)時(shí)間越長，則NO的生成量越大。

（2）在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min左右時(shí)，由于汽車空燃比的變化和燃燒溫度的變化NO的排放濃度較高。之后，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，NOx的濃度有所降低，這是因?yàn)殡S著轉(zhuǎn)速的提高供油提前角一定時(shí)，提前噴油的實(shí)際時(shí)間縮短，使參加混合燃燒的燃油量變少，初期放熱量和放熱峰值降低，從而使最高燃燒溫度降低。高轉(zhuǎn)速時(shí)缸內(nèi)高溫的持續(xù)時(shí)間縮短，這兩個(gè)因素都促成在高速時(shí)NOx的生成和排放濃度下降。

（3）經(jīng)過三元催化轉(zhuǎn)化器后，汽車尾氣中NOx度仍然較高，面對(duì)如今越加嚴(yán)重的大氣污染問題，我們有必要研究汽車尾氣在大氣中的擴(kuò)散情況，并且在經(jīng)過三元催化轉(zhuǎn)化器后有必要采取更多的凈化手段來降低排放到大氣中的污染物的濃度。

5 結(jié)語

該文闡述了在GT-power中建立發(fā)動(dòng)機(jī)模型的過程，利用GT-power模擬計(jì)算出了1.6L發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的尾氣排放濃度，證明了發(fā)動(dòng)機(jī)排放的廢氣在經(jīng)過三元催化轉(zhuǎn)化器后仍然有必要采取一定的凈化手段來降低其排放濃度，從而為后續(xù)在消聲器中增加凈化功能奠定理論基礎(chǔ)。

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