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《湖南大学》 2012年
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柴油机Urea-SCR系统喷嘴喷射雾化数值仿真及试验

何利华  
【摘要】:随着全球不可再生能源短缺问题以及公众环境保护意识的加强,汽车内燃机的排放问题,特别是柴油机中NOx的排放问题已经越来越被重视。在阅读了大量文献资料的基础之上,我们发现柴油机后处理技术中的尿素选择性还原技术(Urea-SCR)已被认为是目前最有效的控制技术,对减少全球氮氧化合物的排放有着十分重要的意义。我国对SCR技术的研究起步较晚,但随着研究的深入,许多国内企业也开始投入生产SCR产品。 本文在对文献的阅读与理解的基础上,总结了Urea-SCR后处理系统的物理化学反应原理,分析了对该反应过程的影响因素,并通过对市场的调查重点研究了尿素喷嘴、催化还原反应器两大部件。基于FLUENT软件,总结了模拟试验方法,并对其中的喷雾模型、多孔介质模型进行了数学分析与建模研究。 应用SOLIDWORKS软件建立了试验SCR系统的三维模型,并导入GAMBIT软件对模型进行了网格划分,利用实测喷雾形态的参数验证喷雾模型。利用催化转化器的压力损失占发动机整个排气系统压力损失的30%~40%,对模型需进行压力损失测量,验证了模型的合理性。 基于流动均匀性准则比较不同数量喷嘴、不同喷射位置及喷射方向、不同喷孔直径对系统的影响,结果表明:选用位于管道中心,四孔径向喷射的布置形式,更有利于提高NOx与NH3的在催化剂载体入口处的均匀性,保证催化还原反应的充分性,从而减缓催化器老化,提高NOx转化效率,降低NH3的泄露。喷嘴的不同喷射位置及喷射方向对催化器载体的压力损失影响均在正常范围之内,但尿素与气流出现一定的相对运动时,载体压力损失不大,催化器入口出速度分布均匀性稍差,且尿素喷雾在排气的作用下易聚集在喷嘴处,产生结晶,堵塞喷孔,故应尽量避免该种情况。 针对模拟试验得出的结论,选用四孔喷嘴的形式,管道中心径向喷射的方式,完成了Urea-SCR系统现场实验,试验结果表明:选用该布置方式,可以使得NOx的转化率达到了95%以上,尿素喷射量的增加虽然有助于提高转化率,但过多的喷射总将造成NH3的泄露,尾气与NH3的混合最佳比为1.2。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TK421.5

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