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1、第8卷第4期工业催化Vol.8No.42000年7月INDUSTRIALCATALYSISJuly.2000专论与综述a汽车排气催化转化器中的现象分析冯长根,王亚军,王丽琼,游少雄,安琴(北京理工大学机电工程系,北京100081)摘要:催化转化器己广泛用于汽车排放控制,深入了解其中发生的现象对改进催化剂和转化器的设计以及建立合理的转化器模型都具有重要意义。本文分析了整装催化转化器中发生的现象,其中主要物理、化学过程包括传热、传质、气流分布、化学动力学过程、储放氧和催化剂中毒等。关键词:催化转化器;汽车排放;现象中图分类号:TQ426196文献标识码:A
2、文章编号:100821143(2000)0420003206AnalysisofthephenomenainautomotivecatalyticconvertersFENGChang2gen,WANGYa2jun,WANGLi2qiong,YOUShao2xiong,ANQin(MechanicsandEngineeringDepartment,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,china)Abstract:Catalyticconvertershavebeenwidelyusedinautomob
3、ileemissioncontrol.Itisofgreathelptoknowthephenomenaincatalyticconvertersforimprovingthedesignofcatalystsandconvertersandadaptivemodelingofconverters.Phenomenainmonolithiccatalyticconverterswereanalyzedindetail.Mainphysicalandchemicalprocessesincludeheatandmasstransfer,flowdistr
4、ibution,chemicalkinetics,oxygenstorage2releaseandcatalystdeactivation.Keywords:catalyticconverter;automobileemission;phenomenaCLCnumber:TQ426196Documentcode:AArticleID:100821143(2000)0420003206系数小、整体式装配、开孔率高、排气阻力小及对0前言发动机性能影响小)而取代了传统的颗粒式载体。对汽车尾气催化转化器的理论研究始于20世纪70年[2～4]代,催化转化器性能取
5、决于其中的气流状态、温安装催化转化器后处理装置是控制汽车排放最度分布、尾气组成、转化器设计和催化剂性能等。深理想和最重要的措施之一。目前广泛应用的整装催[1]入了解在催化转化器中发生的各种现象及其影响因化转化器出现于20世纪60年代末期,催化剂载体为整体式蜂窝结构,具有纵向连续不受阻挡的流素对提高转化器性能有重要作用。为此,本文分析2了整装催化转化器中发生的主要物理和化学过程,动通道(孔道密度为200～600cellsöin),由于其性能优良(高的机械强度、耐冲击、热稳定、热膨胀包括传热传质、气流分布,化学反应及其动力学、储a收稿日期:20002022
6、194工业催化2000年第4期放氧和催化剂中毒,并讨论了这些现象对催化转化式中,Nu—Nusselt数,Sh—Sherwood数,d—孔道器性能的影响。半径,Kg—气体导热系数,D—分子扩散系数。[5～8]在一些转化器模型中,Nu和Sh数被当作1催化转化器中的现象概述常数,其数值为充分发展层流恒壁热流的解析解。[9]Pattas等人在其模型中,采用了依赖于轴向位置汽车排气催化转化器中存在着复杂的现象,其的Nu和Sh数。热、质边界层的二维解也被用于研[3,4,10,11]中物理过程有传热、传质及气流的分布;化学过程究Nu和Sh数沿轴向孔道的变化。其计算公
7、主要有表面非均相催化反应(反应物为气态——汽式为:车尾气,催化剂为固态)、储放氧及催化剂中毒等。d5Cd5TNu=Sh=气固间的总包反应过程包括七个步骤:(1)尾Cg-Cw5rwTw-Tg5rw气组分由流体相本体进入到催化剂表面,即外扩散过程;(2)尾气组分由催化剂外表面进入到催化剂式中:g—气相,w—固相,c—气体浓度,T—温度,孔道内表面,即内扩散过程;(3)尾气组分分子在r—半径。[11]表面活性位上吸附,即吸附过程;(4)被吸附分子Groppi等人发现当反应为动力学控制时,在表面上反应,即表面反应过程;(5)反应产物从Nu和Sh数与恒热流Gra
8、etz2Nusselt问题的解近催化剂表面脱附,即脱附过程;(6)产物由催化剂似,而在传质控制
