尿素選擇性催化還原系統(tǒng)的仿真與優(yōu)化.pdf

1、從國(guó)內(nèi)外NOx排放現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，機(jī)動(dòng)車(chē)對(duì)NOx排放的貢獻(xiàn)越來(lái)越大。在機(jī)動(dòng)車(chē)持續(xù)增長(zhǎng)和能源緊缺的形勢(shì)下，發(fā)展和完善貧燃發(fā)動(dòng)機(jī)NOx控制技術(shù)對(duì)減少全球NOx排放有十分重要的意義。選擇性催化還原（SCR）被認(rèn)為是目前最有效的柴油機(jī)NOx控制技術(shù)。由于還原劑氨存在運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)，采用32．5%尿素水溶液代替，它可以在車(chē)輛排氣系統(tǒng)中分解成氨氣。 采用尿素水溶液作為還原劑，對(duì)車(chē)用SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。本文在深入理解Urea-S

2、CR系統(tǒng)反應(yīng)理論的基礎(chǔ)上，建立了可以預(yù)測(cè)車(chē)用SCR系統(tǒng)NOx轉(zhuǎn)化率的數(shù)值模型，并通過(guò)計(jì)算揭示了SCR排氣后處理系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)規(guī)律，包括尿素水溶液蒸發(fā)、分解、混合氣形成過(guò)程及催化器內(nèi)發(fā)生的選擇性催化還原反應(yīng)過(guò)程。主要研究?jī)?nèi)容為： （1）在了解系統(tǒng)工作原理和時(shí)間標(biāo)尺的基礎(chǔ)上，總結(jié)了SCR系統(tǒng)建模過(guò)程中涉及的相關(guān)理論和數(shù)學(xué)模型。在計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模型基礎(chǔ)上加入了尿素分解反應(yīng)與SCR反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了較完整的車(chē)用SCR系統(tǒng)過(guò)程的模擬。

3、 （2）在一維定常流假設(shè)基礎(chǔ)上建立了理想的SCR催化器反應(yīng)模型，并在該模型基礎(chǔ)上校驗(yàn)了所選SCR反應(yīng)速率常數(shù)對(duì)試驗(yàn)催化劑的適用性，計(jì)算了不同溫度下同物質(zhì)的量的NO與NH3完全反應(yīng)所需要的時(shí)間。計(jì)算分析了不同氨過(guò)量系數(shù)及空速對(duì)催化器轉(zhuǎn)化效率的影響，這些計(jì)算可以為尿素供給策略設(shè)計(jì)、催化器選型提供依據(jù)。 （3）建立了Urea-SCR系統(tǒng)三維模型，試驗(yàn)NO轉(zhuǎn)化率和系統(tǒng)壓降驗(yàn)證了模型的可靠性。分析了尿素?zé)峤夥磻?yīng)速率常數(shù)、噴霧初始粒子

4、直徑、排氣流速對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，進(jìn)一步驗(yàn)證了文中所選模型的合理性。計(jì)算結(jié)果展示了一個(gè)噴射周期內(nèi)流速、各組分濃度等參數(shù)的分布，揭示了尿素水溶液到氨的轉(zhuǎn)化過(guò)程及混合過(guò)程。結(jié)果表明液滴蒸發(fā)、尿素蒸氣熱解過(guò)程的時(shí)間尺度與選擇性催化還原反應(yīng)過(guò)程的時(shí)間尺度相當(dāng)，對(duì)整個(gè)車(chē)用Urea-SCR系統(tǒng)進(jìn)行三維模擬時(shí)，不能忽略液滴蒸發(fā)、尿素蒸氣熱解過(guò)程。在模擬研究基礎(chǔ)上，文中提出了SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。 （4）在三維模型基礎(chǔ)上比較了不同排氣管結(jié)構(gòu)型