柴油機SCR系統(tǒng)噴射霧化及催化轉(zhuǎn)化數(shù)值仿真與試驗研究.pdf

1、柴油機應(yīng)用日益廣泛，NOx排放污染物對人體以及環(huán)境的影響日趨嚴重。柴油機Urea-SCR系統(tǒng)是降低NOx，達到歐Ⅳ以上排放法規(guī)的主要后處理裝置。隨著排放法規(guī)要求的日益嚴格，Urea-SCR系統(tǒng)必須滿足高效轉(zhuǎn)化和低壓力損失的要求，并且盡量避免噴氨過多帶來的二次污染問題。
　　為此，本論文以863項目“新一代轎車用環(huán)保高效柴油機燃燒系統(tǒng)與后處理系統(tǒng)的研發(fā)”(2008AA11A116)，科技創(chuàng)新扶持項目“柴油機尿素SCR系統(tǒng)尿素噴霧及混

2、合規(guī)律的研究”等項目為依托，采用數(shù)值仿真和試驗相結(jié)合的方法對柴油機SCR系統(tǒng)的噴射霧化、壓力損失、反應(yīng)特性、噴氨MAP等進行了研究與分析，其主要研究工作和創(chuàng)新之處如下:
　　1、基于壓力漩渦噴射模型和離散相霧化混合模型，系統(tǒng)地研究了噴嘴噴射距離、噴射位置與方向、噴孔數(shù)目與孔徑等參數(shù)對催化劑載體入口處的濃度分布情況的影響規(guī)律。通過臺架試驗，采用噴距5D、徑向、四孔、小孔徑噴嘴方案可使NOx轉(zhuǎn)化率達到95％以上，驗證了仿真結(jié)果的合理性

3、。
　　2、建立了催化反應(yīng)器的多孔介質(zhì)湍流模型，在催化反應(yīng)器自由流動區(qū)域，采用標準κ-ε的湍流模型，研究了催化反應(yīng)器擴張錐角、體積與長度、載體與涂層厚度等因素對壓力損失的影響。
　　3、為改善尿素水溶液的霧化混合，設(shè)計了三種不同結(jié)構(gòu)混合器，并針對兩種典型工況進行了數(shù)值仿真分析。提出了基于試驗測量點的均勻性指標。綜合均勻性指標和壓力損失，比較了仿真與試驗的一致性，確定了優(yōu)選結(jié)果。
　　4、研究了柴油機SCR系統(tǒng)的反應(yīng)機理

4、及反應(yīng)動力學模型，建立了基于瞬態(tài)吸解附反應(yīng)的模型，分析了溫度、空速對NH3的存儲量及存儲釋放速度、氨氮比對氨氣利用率的影響;同時分析了排氣組分中NO2的濃度、氧氣濃度，水分濃度等對系統(tǒng)NOx轉(zhuǎn)化效率的影響。
　　5、研究了充氣系數(shù)和噴油脈寬的初始MAP，結(jié)合發(fā)動機原機的排放MAP、排氣溫度MAP、排氣背壓MAP、NOx轉(zhuǎn)化率MAP，制定了基于開環(huán)控制的控制策略，分析研究了NOx生成速率和尿素水溶液噴射速率，結(jié)合試驗，針對尿素水溶液