Urea-SCR催化還原NOx數(shù)值模擬與優(yōu)化.pdf

1、現(xiàn)代汽車工業(yè)快速發(fā)展,為人類社會(huì)創(chuàng)造了巨大的財(cái)富,同時(shí)也帶來了諸多環(huán)境問題。其中,重型柴油機(jī)NOx(氮氧化物)排放已經(jīng)成為大氣污染物中氮氧化物的主要來源之一。針對(duì)NOx排放須滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī),國內(nèi)外已出現(xiàn)多種技術(shù)方案,選擇性催化還原(SCR)是目前最有效的柴油機(jī) NOx控制技術(shù)。由于還原劑NH3存在運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn),采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.5％的尿素水溶液代替,其在車輛排氣管中可以生成氨氣。
　　采用尿素水溶液產(chǎn)生還原劑,對(duì)車用SCR系

2、統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。本文對(duì)試驗(yàn)柴油機(jī)的尾氣后處理裝置Urea-SCR(尿素選擇性催化還原系統(tǒng))進(jìn)行了模擬研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)。在深入理解Urea-SCR系統(tǒng)反應(yīng)理論及各物理化學(xué)過程時(shí)間尺度的基礎(chǔ)上,建立了SCR系統(tǒng)的數(shù)值模型,通過特征工況點(diǎn)的NOx轉(zhuǎn)化率、系統(tǒng)壓降驗(yàn)證了模型的可靠性。模擬計(jì)算揭示了Urea-SCR系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)規(guī)律,包括流場(chǎng)分布、尿素水溶液蒸發(fā)、熱解、混合氣形成過程以及選擇性催化還原反應(yīng)過程。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　

3、　(1)在了解SCR系統(tǒng)工作原理和各物理化學(xué)過程時(shí)間尺度的基礎(chǔ)上,總結(jié)了模擬計(jì)算過程中涉及的理論和數(shù)學(xué)模型。在計(jì)算流體力學(xué)的基礎(chǔ)上,考慮了尿素?zé)峤夥磻?yīng)。
　　(2)在發(fā)動(dòng)機(jī)排放試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過氮氧化物轉(zhuǎn)化率和排氣壓降兩方面驗(yàn)證了所建模型的可靠性;小樣試驗(yàn)得到了 NH3在催化劑上的吸附速率,從試驗(yàn)的角度研究了溫度、NH3濃度以及空速對(duì)吸附速率的影響規(guī)律。研究結(jié)論為進(jìn)一步研究SCR內(nèi)部流場(chǎng)規(guī)律提供了參照依據(jù)。
　　(3)建立了

4、Urea-SCR系統(tǒng)的三維計(jì)算模型,計(jì)算結(jié)果展示了一個(gè)噴射周期內(nèi)速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)以及各組分濃度的分布規(guī)律。結(jié)果表明,尿素液滴蒸發(fā)、熱解過程的時(shí)間與SCR反應(yīng)的時(shí)間尺度相當(dāng),在對(duì)車用SCR系統(tǒng)仿真時(shí),考慮了液滴的蒸發(fā)、尿素的熱解過程。
　　(4)在所建的三維模型基礎(chǔ)上,研究了噴嘴的不同噴孔數(shù)、噴嘴的安裝位置對(duì)催化轉(zhuǎn)化率的影響,得出了一些有用結(jié)論。
　　通過對(duì)Urea-SCR系統(tǒng)的三維模擬研究,發(fā)現(xiàn)尿素水溶液液滴蒸發(fā)、尿素?zé)峤?、還