柴油机SCR催化器结构模拟研究

发布时间：2020-07-29 07:56

【摘要】：随着环境问题日益突出及排放法规逐渐严格,柴油机排放污染所带来的问题越来越引起人们的关注。研究、开发适合的SCR催化器是柴油机生存和发展的关键,因此本文借助CFD技术对SCR催化器进行研究。本文分析了SCR系统的组成,讨论了催化器性能的评价指标及建立了SCR催化器的数学模型。在GMABIT软件中建立了催化器的三维几何模型,借助FLUENT软件对催化器内流动特性进行仿真模拟;讨论不同扩张角、载体长度、载体直径和收缩角等结构参数对催化器内流动特性的影响。结果表明:随着扩张角的增大,催化器出入口压力损失和载体前后端面压力损失逐渐增大,载体流速分布均匀性指数逐渐下降;随着载体长度的增加,催化器出入口压力损失和载体前后端面压力损失逐渐增大,但同时载体流速分布均匀性指数逐渐变大;随着载体直径的增大,催化器出入口压力损失和载体前后端面压力损失逐渐减小,载体流速分布均匀性指数逐渐减小。随着收缩角的增大,催化器出入口压力损失和载体前后端面压力损失逐渐增大;但与扩张角相比,收缩角对催化器出入口压力损失和载体前后端面压力损失的影响较小,同时对载体流速分布均匀性的影响也较小。基于化学反应动力学,讨论了在不同负荷下各个结构参数对催化器NO的转化率。结果表明:随着负荷的增大,NO转化率呈现逐渐降低的趋势。在同一负荷条件下,当扩张角小于90o时,NO转化率的逐渐降低,但变化不显著;当扩张角大于90o时,NO转化率显著下降。在同一负荷条件下,随着载体长度的增大,NO转化率逐渐升高;但当载体长度大于300mm时,NO转化率的升高趋势不明显;在同一负荷条件下,随着载体直径的增大,NO转化率逐渐升高,但NO转化率的升高趋势不显著;在同一负荷条件下,随着收缩角的增大,NO转化率逐渐降低;但相对于扩张角的变化,NO转化率随收缩角的变化不显著。通过上述仿真分析,得出了不同结构参数对催化器内流动特性及NO转化率的影响。为开发及设计柴油机SCR催化器具有一定的指导意义。
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK421.5
【图文】：

环境管理,年报,核心区,机动车

1 绪论题研究背景及意义源危机和环境污染是 21 世纪人类面临的两大难题，处理好能源问题与环是保证当今人类社会持续发展的前提。随着我国新农村改革的推进，城乡推动及我国经济的平稳较快发展，乡镇机动车保有量正快速而稳定地增长逐年增加，因此汽车现已成为了每个家庭出行必备的重要生活工具。根据[1]，2017 年我国汽车产销量快速增长，全年的生产量和销销售量分别完成 2887.9 万辆，比 2016 年同期分别增长 3.2%和 3%。中汽协预测，2018销量大概在 2550 万辆，增长速度大约 3%；商用车的销售量为 420 万辆度大约为 1%；由于进口和出口的差值，2018 年我国全年汽车市场需求万辆。随着汽车保有量的迅速增长，造成了严重的环境污染问题。2017 年区的空气出现了严重的雾霾，如图 1 所示北京 CBD 核心区。雾霾的主要硫、氮氧化物及颗粒物等污染物组成，而汽车尾气排放主要包含这些污染

柴油机排气,成分

分地区执行国五标准，2018 年全国范围将全面实施国五排放法规；而在 2017 年重点地区提前推广使用，相比于国五，国六标准限值要求左右，并且该标准将于 2020 年开始实施执行。样日益严峻的全球变暖和气候变化问题及越来越严格的各种环境法规机后处理技术，减少排放污染问题，是我国当前汽车行业走可持续发条件；而针对这些问题，研究柴油机 SCR 催化器内部流动特性及结构污染物及提高污染物的转化效率有着一定的现实意义，其流动特性及柴油机 SCR 催化器的开发和设计提供了一定的指导性作用。机有害成分及生成机理机有害成分1-1 所示，在柴油机排气中，氮气约占 75.2%，二氧化氮约占 7.1%，氧 16.89%，有害排放物约占 0.81%[4]。有害排成分分别为氮氧化物（3（35.3%），颗粒物和硫化物（20.76%），碳氢化合物（8.54%）。

示意图,示意图,催化器,系统组成

2 SCR 系统组成及数学模型2 SCR 系统组成及数学模型更深入研究 SCR 系统，就需要分析系统的组成模块及作用，了解影响 S因素，才能够科学的开发和设计柴油机 SCR 催化器[32]。R 系统的组成系统主要包括：催化器、检测控制装置和液氨储存与喷射装置等各种不同如图 2-1 所示。本文采用氨气作为还原剂，研究催化器结构对其工作性能

【相似文献】