尿素選擇性催化還原系統(tǒng)的仿真與優(yōu)化.pdf

1、從國內(nèi)外NOx排放現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢來看，機動車對NOx排放的貢獻(xiàn)越來越大。在機動車持續(xù)增長和能源緊缺的形勢下，發(fā)展和完善貧燃發(fā)動機NOx控制技術(shù)對減少全球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NOx控制技術(shù)。由于還原劑氨存在運輸風(fēng)險，采用32．5%尿素水溶液代替，它可以在車輛排氣系統(tǒng)中分解成氨氣。 采用尿素水溶液作為還原劑，對車用SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高的要求。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)測車用SCR系統(tǒng)NOx轉(zhuǎn)化率的數(shù)值模型，并通過計算揭示了SCR排氣后處理系統(tǒng)內(nèi)部運動規(guī)律，包括尿素水溶液蒸發(fā)、分解、混合氣形成過程及催化器內(nèi)發(fā)生的選擇性催化還原反應(yīng)過程。主要研究內(nèi)容為： （1）在了解系統(tǒng)工作原理和時間標(biāo)尺的基礎(chǔ)上，總結(jié)了SCR系統(tǒng)建模過程中涉及的相關(guān)理論和數(shù)學(xué)模型。在計算流體動力學(xué)模型基礎(chǔ)上加入了尿素分解反應(yīng)與SCR反應(yīng)動力學(xué)模型，實現(xiàn)了較完整的車用SCR系統(tǒng)過程的模擬。

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)上校驗了所選SCR反應(yīng)速率常數(shù)對試驗催化劑的適用性，計算了不同溫度下同物質(zhì)的量的NO與NH3完全反應(yīng)所需要的時間。計算分析了不同氨過量系數(shù)及空速對催化器轉(zhuǎn)化效率的影響，這些計算可以為尿素供給策略設(shè)計、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NO轉(zhuǎn)化率和系統(tǒng)壓降驗證了模型的可靠性。分析了尿素?zé)峤夥磻?yīng)速率常數(shù)、噴霧初始粒子

4、直徑、排氣流速對計算結(jié)果的影響，進(jìn)一步驗證了文中所選模型的合理性。計算結(jié)果展示了一個噴射周期內(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)化過程及混合過程。結(jié)果表明液滴蒸發(fā)、尿素蒸氣熱解過程的時間尺度與選擇性催化還原反應(yīng)過程的時間尺度相當(dāng)，對整個車用Urea-SCR系統(tǒng)進(jìn)行三維模擬時，不能忽略液滴蒸發(fā)、尿素蒸氣熱解過程。在模擬研究基礎(chǔ)上，文中提出了SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的評價指標(biāo)。 （4）在三維模型基礎(chǔ)上比較了不同排氣管結(jié)構(gòu)型