重型柴油机SCR混合器的数值模拟与优化

发布时间：2021-08-29 21:00

　　选择性催化还原（SCR）是目前道路用国六柴油机降低NO_x排放的常用手段。但是,如果喷射的尿素水溶液得不到及时分解和反应,容易在喷嘴、混合器、壁面等处产生结晶,不仅降低NO_x的转化效率,还会增加排气背压,影响油耗。尿素结晶问题已成为发动机企业产品开发的难题之一。通过数值模拟方法,研究了某重型国六柴油机尿素喷射、排气和管路布置的相互作用,分析了SCR混合器内流动过程,针对结构上存在的问题提出了改进方案,并对混合器改进前后的内部流场、温度场、浓度场等作了对比分析。结果表明,优化后的混合器可以提高尿素水溶液和废气的混合效果,降低尿素结晶风险。 

【文章来源】：小型内燃机与车辆技术. 2020,49(06)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

尿素分解详细机理

SCR混合器的设计和优化十分重要，如果通过试验方法进行选型，不但耗费巨大的人力物力成本，而且周期较长。随着计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）的迅速发展，仿真的准确度不断提高。仿真在发动机行业内得到广泛应用，在某些领域已逐步取代试验，成为产品开发的必要手段。Sun Y.等[6]通过液膜厚度、HNCO浓度和壁面温度等指标评价结晶风险，发现壁面温度与结晶风险的关联度最高，同时认为433～463 K是结晶风险较高的温度区间。佟德辉等[7]基于CFD对SCR催化转化器内流动性能进行数值模拟，提出了用流量不均匀性指数来评价多载体并联式转化器内载体间流量均匀性的方法。王谦等[8]采用FIRE软件对SCR催化器的混合器结构进行仿真模拟研究，发现了叶片式、挡板式结构混合器对催化器内NH3分布均匀性的不同影响。叶片式的背压更低，NOx的转化效率提高约20%。并且发现叶片数量越多，NH3分布均匀性越趋于稳定。Schiller S.等[9]总结了传统的SCR混合器结构，并对各种结构混合器的性能进行了对比分析，如图2所示。2 SCR混合器仿真模型

后处理系统包括DOC、DPF和SCR，由于布置空间的限制，后处理采用U型布置，从DPF出口到SCR催化器入口定义为混合器区域，包括U型管路。通过3D扫描得到用于仿真的几何模型，如图3所示。2.2 计算工况

【参考文献】：
期刊论文
[1]逆流式混合器的设计及尿素结晶风险评估方法研究[J]. 韩峰,张晓丽,王意宝,胡晓艳,王霞,石代龙.  汽车工程. 2019(12)
[2]车用SCR系统尿素结晶影响因素分析及试验研究[J]. 胡帅,高延新,孙飞.  汽车实用技术. 2017(21)
[3]柴油机SCR催化转化器的数值模拟[J]. 苏庆运,冯廷智,郑贯宇,王奉双,刘正锐,佟德辉.  内燃机学报. 2017(01)
[4]柴油机Urea-SCR系统数值模拟与混合器结构优化[J]. 王谦,张铎,何志霞,王静,李硕.  内燃机工程. 2015(03)
[5]国Ⅳ柴油机SCR后处理系统结晶体成分分析[J]. 高俊华,邝坚,宋崇林,张仲荣,景晓军.  燃烧科学与技术. 2010(06)
[6]基于CFD技术的重载车用柴油机SCR催化转化器[J]. 佟德辉,李国祥,陶建忠,孙少军.  内燃机学报. 2008(S1)



本文编号：3371375