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,為人類社會創(chuàng)造了巨大的財富,同時也帶來了諸多環(huán)境問題。其中,重型柴油機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NOx排放須滿足日益嚴格的排放法規(guī),國內(nèi)外已出現(xiàn)多種技術方案,選擇性催化還原(SCR)是目前最有效的柴油機 NOx控制技術。由于還原劑NH3存在運輸風險,采用質(zhì)量分數(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,對車用SCR系

2、統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計提出了更高的要求。本文對試驗柴油機的尾氣后處理裝置Urea-SCR(尿素選擇性催化還原系統(tǒng))進行了模擬研究和優(yōu)化設計。在深入理解Urea-SCR系統(tǒng)反應理論及各物理化學過程時間尺度的基礎上,建立了SCR系統(tǒng)的數(shù)值模型,通過特征工況點的NOx轉(zhuǎn)化率、系統(tǒng)壓降驗證了模型的可靠性。模擬計算揭示了Urea-SCR系統(tǒng)內(nèi)部運動規(guī)律,包括流場分布、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過程。具體研究內(nèi)容如下:
　

3、　(1)在了解SCR系統(tǒng)工作原理和各物理化學過程時間尺度的基礎上,總結(jié)了模擬計算過程中涉及的理論和數(shù)學模型。在計算流體力學的基礎上,考慮了尿素熱解反應。
　　(2)在發(fā)動機排放試驗的基礎上,通過氮氧化物轉(zhuǎn)化率和排氣壓降兩方面驗證了所建模型的可靠性;小樣試驗得到了 NH3在催化劑上的吸附速率,從試驗的角度研究了溫度、NH3濃度以及空速對吸附速率的影響規(guī)律。研究結(jié)論為進一步研究SCR內(nèi)部流場規(guī)律提供了參照依據(jù)。
　　(3)建立了

4、Urea-SCR系統(tǒng)的三維計算模型,計算結(jié)果展示了一個噴射周期內(nèi)速度場、溫度場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)、熱解過程的時間與SCR反應的時間尺度相當,在對車用SCR系統(tǒng)仿真時,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上,研究了噴嘴的不同噴孔數(shù)、噴嘴的安裝位置對催化轉(zhuǎn)化率的影響,得出了一些有用結(jié)論。
　　通過對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)、尿素熱解、還