實現歐Ⅳ標準的催化轉化器布置方案分為(wei) 3種：緊禍合式催化轉化器、歧管式催化轉化器、增壓器禍合式催化轉化器。以國內(nei) 某公司設計的歧管式催化轉化器為(wei) 例說明這類轉化器的進氣端管設計。

　　設計進氣端管時應重點考慮空間位置、結構強度、耐熱性、熱應力分布、氣體(ti) 流動特性優(you) 化等一。在滿足空間位置的基礎上，初步確定三維模型。焊接式進氣端管廣泛使用鐵素體(ti) 不鏽鋼SUS409L材料，鑄造式進氣端管可采用鑰係球墨鑄鐵如RQT-S14Mo。

　　歧管式催化轉化器內(nei) 部的流動特性遠比其它形式的催化轉化器複雜，用計算流體(ti) 力學(CFD)的方法可以計算該設計方案對氣體(ti) 流動的影響，如催化劑載體(ti) 內(nei) 氣體(ti) 流動軸，向速率分布和催化轉化器內(nei) 氣體(ti) 流動的壓力損失。從(cong) 而在設計中優(you) 化其流動特性，使化學反應均勻發生在整個(ge) 載體(ti) 內(nei) 。如對於(yu) 一台4缸發動機來說，可通過修改各歧管的軸線位置和管壁形狀來優(you) 化設計:將1號與(yu) 2號歧管、3號與(yu) 4號歧管部分結構合並，將共用歧管截麵修改為(wei) 橢圓並設計了氣流擴張角，增加了氣體(ti) 混合膨脹區的體(ti) 積。歧管優(you) 化後新的速率分布圖顯示，1號缸和4號缸排出氣體(ti) 的軸向速率等於(yu) 平均速率的90%，2號缸和3號缸的情況更好。

　　進氣端管的溫度、塑性應變分布用CFD和FEA相結合的方法可以精確計算得到。計算的邊界條件是進氣端管出氣端為(wei) 外流場人口，為(wei) 風扇空氣流量和空氣溫度;進氣端管進氣端為(wei) 外流場出口，為(wei) 空氣的靜壓和溫度;進氣端管外表麵為(wei) 壁麵邊界條件。計算得出進氣端管結構的溫度場和熱一機械應力雲(yun) 圖。以上優(you) 化設計需以完整的試驗驗證來檢驗，包括冷態變矩試驗、加速結構耐久性振動試驗、水淬外部熱衝(chong) 擊試驗和內(nei) 部熱衝(chong) 擊試驗。


　　目前，具有熱-結構應力之間耦合分析能力的軟件包較多，用CFD和FEA相結合的方法可以精確計算催化轉換器的溫度分布和塑性應變分布。以進氣端管為(wei) 例，首先計算某特定轉速、節氣門最大開度、若幹曲軸轉角下的進氣端管內(nei) 流場，得到進氣端管內(nei) 壁的平均對流換熱係數，計算的邊界條件為(wei) 進氣端管進氣口為(wei) 隨曲軸轉角變化的流量和溫度，出氣口為(wei) 隨曲軸轉角變化的靜壓和溫度，其餘(yu) 為(wei) 壁麵邊界條件和實際排氣溫度。然後模擬實際車輛的外流場，得到進氣端管外壁的對流換熱係數。由於(yu) 歧管式催化轉化器安裝在車輛的前端，發動機在催化轉化器後端，外流場的空氣流動方向是車輛行駛方向的逆向，故計算的邊界條件為(wei) 進氣端管出氣端為(wei) 外流場入口，為(wei) 風扇空氣流量和空氣溫度，進氣端管進氣端為(wei) 外流場出口，為(wei) 空氣的靜壓和溫度，進氣端管外表麵為(wei) 壁麵邊界條件。上述的計算同時可以得到進氣端管的內(nei) 、外壁麵溫度。將CFD計算得出的傳(chuan) 熱係數和溫度場映射到三維模型上，作為(wei) FEA模擬計算的邊界條件，最後計算進氣端管結構的溫度場和熱-機械應力。

　　催化轉化器曆經冷態彎矩試驗、加速結構耐久性振動試驗、熱振動試驗、水淬外部熱衝(chong) 擊試驗、內(nei) 部熱衝(chong) 擊試驗、耐腐蝕試驗後，如果沒有失效產(chan) 生，便可認為(wei) 結構設計定型，進入發動機或車輛的耐久性試驗階段。以上每個(ge) 試驗都會(hui) 提供有效的反饋來對現階段的設計進行優(you) 化，這些驗證試驗與(yu) 設計優(you) 化反複進行，最終確定了催化轉化器的結構。