基于詳細(xì)尿素沉積物形成機(jī)理的柴油機(jī)SCR系統(tǒng)優(yōu)化研究.pdf

1、為了應(yīng)對(duì)柴油機(jī)國(guó)家排放法規(guī)中對(duì)氮氧化物排放量的嚴(yán)格要求，機(jī)外凈化選擇性催化還原(selective catalystic reduction,SCR)成為了必不可少的關(guān)鍵技術(shù)，然而此系統(tǒng)也帶來(lái)了新的問(wèn)題-尿素沉積物風(fēng)險(xiǎn)。尿素沉積物的存在會(huì)影響催化器進(jìn)口處NH3摩爾濃度的分布均勻性，從而影響SCR系統(tǒng)的NOx轉(zhuǎn)化效率。本文運(yùn)用CFD仿真手段建立了詳細(xì)的沉積物機(jī)理模型，研究沉積物生成規(guī)律，尋求影響沉積物產(chǎn)生的因素?；谶@些因素，運(yùn)用先進(jìn)的混

2、合算法對(duì)SCR系統(tǒng)進(jìn)行多參數(shù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)減少甚至避免SCR系統(tǒng)中沉積物生成的目的，以此來(lái)降低發(fā)動(dòng)機(jī)背壓和提高SCR的NOx的轉(zhuǎn)化效率。
　　構(gòu)建了尿素分解化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型包含縮二脲、三聚氰酸和三聚氰酸一酰胺的生成機(jī)理，涉及15種組分和11步反應(yīng)，彌補(bǔ)了液膜模型現(xiàn)象級(jí)分析的不足。同時(shí)采用分子貢獻(xiàn)基團(tuán)的方法，建立三聚氰酸一酰胺的比熱容與溫度的關(guān)系式，獲取了機(jī)理模型所需要的熱力學(xué)參數(shù)。提出了基于量子化學(xué)計(jì)算方法、利用過(guò)渡態(tài)求解化學(xué)反

3、應(yīng)速率的思路，解決了在無(wú)法通過(guò)文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)獲取反應(yīng)式C3H3N3O3+ NH3→C3H4N4O2+H2O的活化能和指前因子的難題。開(kāi)展了幾何結(jié)構(gòu)和噴射參數(shù)對(duì)尿素沉積物和NH3均勻性的影響研究。研究表明:管路長(zhǎng)度和管路半徑的增加，都會(huì)增加尿素液滴在排氣管路中的停留時(shí)間，提升催化器入口處NH3均勻系數(shù)，雖然管路長(zhǎng)度對(duì)NH3均勻系數(shù)的影響低于管路半徑的，但對(duì)尿素分解效率的影響會(huì)比管路半徑的顯著。增加混合器后，增加了管路內(nèi)的湍流和渦流強(qiáng)度，能夠大

4、幅度提升NH3均勻系數(shù)和降低尿素沉積物的生成。噴霧錐角和噴射角度的改變對(duì)NH3均勻系數(shù)和尿素沉積物的濃度的影響并不明顯。
　　運(yùn)用先進(jìn)的SHERPA算法，設(shè)立管路長(zhǎng)度、管路半徑、混合器安裝位置、混合器葉片數(shù)目、葉片長(zhǎng)度、葉片傾斜角度、噴霧錐角以及噴射角度這8個(gè)設(shè)計(jì)變量，并以此8個(gè)變量構(gòu)建優(yōu)化搜索空間，對(duì)整個(gè)SCR模型進(jìn)行優(yōu)化研究。結(jié)果表明:當(dāng)管路長(zhǎng)為1.2m、直徑為0.15m、混合器安裝位置為0.6m、葉片數(shù)為3、葉片長(zhǎng)為0.02