柴油機后處理裝置的流場仿真分析與優(yōu)化.pdf

1、隨著國內汽車保有量的不斷增加，汽車污染物排放問題也日益突出，而柴油機NOX和PM的排放分別占汽車NOX和PM排放總量的70％和90％。因此，文中將多種柴油機后處理技術集成為一體共同作用，從而使柴油機排放滿足國V、國Ⅵ排放法規(guī)要求。
　　(1) DOC+SCR直筒型催化器系統(tǒng)的數(shù)值仿真模型的建立和分析。首先，通過分析DOC和SCR催化劑的結構和工作原理，將其化學反應模型進行簡化，即只考慮尿素水溶液的分解反應，并根據(jù)還原劑NH3的分布

2、情況提出一種計算NOX轉換效率的方法。在確定排氣流場屬性的基礎上確定DOC+SCR直筒型催化器系統(tǒng)的數(shù)值計算模型。以發(fā)動機臺架試驗為基礎，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)確定初始條件和邊界條件，建立DOC+SCR直筒型催化器的三維數(shù)值仿真模型。通過對比數(shù)值仿真計算結果和試驗結果驗證模型的準確性，并得出結論:該結構的催化器具有良好的流速均勻性，在出口端收縮管段的壓力損失較大，DOC和SCR催化劑之間采用等徑直筒型混合器連接，雖然使還原劑混合段的壓降較小，但同

3、時造成還原劑的混合效果不佳，均勻性較差。
　　(2) DOC+SCR直筒型催化器系統(tǒng)的結構優(yōu)化設計?；趯OC+SCR直筒型催化器系統(tǒng)流場的進一步分析，提出將出口端單排氣管改進為雙排氣管的優(yōu)化方案，以降低由于出口端排氣流通截面突變引起的壓降。通過仿真結果顯示:改進為雙排氣管后，特定工況下催化器系統(tǒng)壓降由9.98kPa減小至8.60kPa，催化器結構因素引起的壓降由2.98kPa降低至1.60kPa。同時，在混合器內腔加裝混合葉片

4、，并分析葉片的數(shù)量和安裝位置對流場的影響。計算結果表明:加裝混合葉片后，還原劑NH3在SCR催化劑入口截面的分布均勻性得到有效改善，并且安裝位置靠前的方案中還原劑分布均勻性更好，葉片數(shù)量對還原劑的混合效果也略有影響，8片葉片比12片葉片的混合效果更好。通過對混合器的優(yōu)化后得到的SCR入口截面還原劑NH3均勻性指數(shù)可達到93.45％，在特定工況下NOX轉換效率可達到92.87％。同時，分析還原劑所需的最短混合距離，給后續(xù)的設計提供了指導性

5、意見。
　　(3) DOC+DPF+SCR箱式催化器系統(tǒng)的仿真優(yōu)化設計。將DOC、DPF、SCR三種主流的柴油機后處理催化劑技術集成為箱式結構，并對其結構進行優(yōu)化設計。通過仿真分析得出:由于初始方案的結構設計不合理造成較大的壓損和較差的速度分布均勻性。通過優(yōu)化改進催化器系統(tǒng)內部結構，最終使箱式催化器系統(tǒng)的壓損降低53.52％，同時，各催化劑入口的速度分布均勻性得到較大提升。該方案的設計為柴油機面臨即將推行的國Ⅵ排放法規(guī)提供了可行性