船用SCR混合系统优化设计与仿真研究

发布时间：2017-10-03 22:24

  本文关键词：船用SCR混合系统优化设计与仿真研究

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【摘要】：随着环境问题的加剧,大气污染已经成为社会关注的热点问题。船舶废气污染作为大气污染的重要组成部分,得到人们越来越多的关注,船舶废气减排技术的发展面临着新的挑战。同时,MARPOL公约附则VI的生效也为船舶废气减排技术的发展提出了新的要求。船舶燃料油燃烧时产生的废气主要包含硫氧化物SOx、氮氧化物NOx及颗粒物(PM2.5)等。在除去氮氧化物NOx的各种船舶废气减排技术中,选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)是一种国际公认的可以单独满足TierⅢ标准的NOx减排技术。目前国内外关于火电厂及车用柴油机的SCR技术研究比较深入,对船用柴油机SCR系统流场研究与优化主要通过数值模拟方式进行。本文使用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件 Fluent,以 MAN BW 6G60ME-C9.2 船用柴油机Urea-SCR系统为研究对象,建立相应数值模型,模拟SCR系统尿素水与柴油机排气混合过程并进行流场优化设计。主要工作包括SCR流场的数值模拟,喷嘴方案的选取和SCR系统混合器方案的选取。主要研究内容为:1.基于计算流体力学CFD的基本知识,使用Ansys Workbench模块里前处理软件ICEM进行网格划分并对混合区域进行网格细化,用Fluent软件进行仿真,分析得到混合过程中不同影响因素下包括排气速度、湍流强度等对喷射效果的影响。2.针对MAN BW 6G60ME-C9.2船用柴油机,使用Fluent软件进行仿真与建模,对影响尿素喷射雾化质量的因素包括喷射点与扩张管入口距离、喷射方向、喷孔个数以及孔径等进行研究,并确定适合MAN BW 6G60ME-C9.2船用柴油机SCR系统的喷嘴方案。3.使用Fluent软件研究船用SCR系统的流场特性,通过分析对比不同结构的混合器对流速均匀性、氨气分布均匀性等因素的影响,选出适用于MAN BW 6G60ME-C9.2船用柴油机的混合效果最好、压降最小的混合器结构。
【关键词】：SCR 计算流体力学 流场仿真 混合器
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.121
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 研究背景及意义10-13
• 1.2 船用柴油机NO_x排放控制技术13-16
• 1.2.1 选择性催化还原13-14
• 1.2.2 废气再循环14
• 1.2.3 液化天然气14
• 1.2.4 基于水的控制技术14-15
• 1.2.5 机内优化15
• 1.2.6 技术对比分析15-16
• 1.3 SCR系统阐述16-19
• 1.3.1 SCR反应过程16-18
• 1.3.2 SCR技术应用18-19
• 1.4 国内外研究现状19-21
• 1.5 论文的主要研究内容21-22
• 第2章 SCR混合系统仿真计算模型22-32
• 2.1 SCR过程数值模拟的优点22
• 2.2 数值模拟的方法和分类22-23
• 2.2.1 有限差分法22-23
• 2.2.2 有限单元法23
• 2.2.3 有限体积法23
• 2.3 Fluent数值模拟方法23-24
• 2.4 SCR过程模型选型与假设24-30
• 2.4.1 湍流模型24-25
• 2.4.2 组分运输和反应模型25-26
• 2.4.3 离散项模型26-30
• 2.5 均匀性评价指标30-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第3章 SCR喷射雾化数值仿真研究32-43
• 3.1 几何与物理模型32-33
• 3.2 尿素分解化学反应机理33-34
• 3.3 初始条件对喷雾效果的影响34-36
• 3.3.1 排气速度的影响34-35
• 3.3.2 湍流强度的影响35-36
• 3.4 喷嘴与扩张管入口距离的影响36-37
• 3.5 喷孔个数的影响37-39
• 3.6 孔径的影响39-40
• 3.7 喷射方向的影响40-42
• 3.8 本章小结42-43
• 第4章 SCR系统混合器仿真研究43-52
• 4.1 静态混合器43-44
• 4.2 混合器三维模型的建立44-45
• 4.3 混合器数值仿真45-47
• 4.4 混合器安装位置47-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第5章 结论与展望52-54
• 5.1 结论52-53
• 5.2 展望53-54
• 参考文献54-58
• 致谢58-59
• 作者简介59

【参考文献】

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本文编号：967077