柴油机SCR系统尿素沉积物结晶风险预测研究
发布时间：2022-11-05 09:08
国VI标准排放法规的实施促使如何降低柴油机NOX排放水平成为了内燃机领域的研究热点,尿素选择性催化还原技术（Urea-SCR）由于其经济性和高NOx转化性成为了当前最普遍且最为行之有效的柴油机NOX后处理技术路线。在尿素水溶液（UWS,67.5%水和32.5%尿素）被喷射器喷入排气管道过程中,喷雾质量差,排气温度过低等导致尿素不能完全分解为氨气（NH3）而是部分分解为缩二脲（Biuret）、三聚氰酸（CYA）等固体沉积物。沉积物不仅会降低尿素的转氨效率,还有可能堵塞排气管道导致停机。为了探究沉积物的本质和减少沉积物的生成,本文对Urea-SCR系统尿素喷射过程中尿素受热分解以及沉积物结晶形成等问题详细研究,建立尿素热解化学反应动力学模型,对尿素水溶液的蒸发、热解、碰壁、结晶过程进行CFD模拟仿真,最终实现对混合器表面与排气管壁的结晶风险评估。通过使用气相色谱法与热重分析法对沉积物成分进行定性定量分析,明确沉积物的主要成分为缩二脲、三聚氰酸及三聚氰酸同系物,还包含少量的尿素及三均三嗪类等耐高温产物。通过热重试验获取各沉积物...
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题背景
1.2 SCR系统在柴油机中的应用
1.2.1 SCR系统组成
1.2.2 SCR系统主要化学反应原理
1.2.3 SCR系统存在的问题
1.3 国内外SCR沉积物研究现状
1.3.1 沉积物形成因素研究
1.3.2 沉积物的实验研究
1.3.3 沉积物的仿真研究
1.3.4 目前研究存在的问题
1.4 论文研究意义及主要研究内容
1.4.1 研究意义
1.4.2 研究主要内容
第二章 SCR系统沉积物反应温度研究
2.1 沉积物气相色谱分析
2.1.1 沉积物及标准样品性质
2.1.2 气相色谱分析结果
2.2 沉积物热重分析
2.2.1 试验设备、样品与方法
2.2.2 三聚氰酸二酰胺TG-DTG试验结果分析
2.2.3 三聚氰酸一酰胺TG-DTG试验结果分析
2.2.4 三聚氰酸TG-DTG试验结果分析
2.2.5 缩二脲TG-DTG试验结果分析
2.2.6 尿素TG-DTG试验结果分析
2.2.7 沉积物TG-DTG试验结果分析
2.3 尿素热解反应动力学建模
2.3.1 尿素热解详细反应网络分析
2.3.2 构建11步尿素热解反应动力学模型
2.3.3 化学反应速率常数的测算
2.3.4 沉积物热物性参数计算
2.4 机理模型验证及沉积物反应温度的获取
2.4.1 新11 步尿素热解机理模型与Ebrahimian机理模型对比
2.4.2 沉积物生成温度与分解温度的获取
2.5 本章小结
第三章 SCR系统沉积物结晶风险预测
3.1 SCR系统气液两相流三维CFD数学建模
3.1.1 几何模型的建立及网格的划分
3.1.2 模拟仿真初始条件
3.1.3 UWS液滴运动模型
3.1.4 UWS液滴蒸发热解模型及HNCO的水解
3.1.5 液滴碰壁模型
3.1.6 沉积物结晶模型
3.1.7 联合仿真技术运算
3.2 CFD模拟结果及分析
3.2.1 喷雾颗粒半径及温度分布
3.2.2 液膜厚度分布
3.2.3 液膜温度分布
3.2.4 Urea浓度与HNCO浓度分布
3.3 沉积物结晶风险预测
3.4 本章小结
第四章 SCR系统运行参数对沉积物形成过程的影响
4.1 柴油机关键工况参数
4.1.1 排气温度的影响
4.1.2 排气流量的影响
4.2 混合器及排气管参数
4.2.1 混合器及排气管材料的影响
4.2.2 混合器及排气管壁厚度的影响
4.3 尿素喷射系统参数
4.3.1 UWS喷射速率的影响
4.3.2 UWS温度的影响
4.4 敏感度分析
4.5 本章小结
第五章 全文总结与工作展望
5.1 全文总结
5.2 本文创新点
5.3 工作展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表论文情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]EGR管路沉积物对发动机排放的影响[J]. 曹东冬,阳培. 汽车零部件. 2019(11)
[2]国六SCR催化剂的性能试验研究[J]. 马义,陈奥林,况文宇,雷本刚,杨细元. 汽车科技. 2019(06)
[3]柴油机SCR系统排气管壁沉积物影响因素仿真[J]. 钱枫,吕林,杨栋. 内燃机学报. 2018(02)
[4]Urea-SCR系统尿素结晶现象分析及解决方案[J]. 白凤月,温邦耀,白书战. 山东大学学报(工学版). 2017(04)
[5]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)
[6]固态氨后处理技术与传统尿素后处理技术的对比研究[J]. 陈涛淼. 汽车零部件. 2016(11)
[7]车用尿素SCR系统的数值模拟[J]. 王静,王谦,赵炜,张铎,吴里程. 江苏大学学报(自然科学版). 2016(04)
[8]柴油机SCR系统尿素沉积物与喷雾特性的研究进展[J]. 高义,范凤雷. 重型汽车. 2013(06)
[9]柴油机尿素SCR系统沉积物成因研究[J]. 冯向宇,葛蕴珊,马朝臣,韩秀坤,谭建伟,李加强. 内燃机工程. 2014(06)
[10]尿素水溶液雾化热分解特性的建模及模拟研究[J]. 周英贵,金保昇. 中国电机工程学报. 2012(26)
博士论文
[1]重型柴油机SCR系统应用技术研究[D]. 张纪元.山东大学 2013
[2]柴油机SCR系统排气管中沉积物的生成机理研究[D]. 祝能.武汉理工大学 2017
硕士论文
[1]柴油机尿素-SCR系统喷射雾化仿真研究[D]. 陈全征.华北水利水电大学 2019
本文编号：3702315
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题背景
1.2 SCR系统在柴油机中的应用
1.2.1 SCR系统组成
1.2.2 SCR系统主要化学反应原理
1.2.3 SCR系统存在的问题
1.3 国内外SCR沉积物研究现状
1.3.1 沉积物形成因素研究
1.3.2 沉积物的实验研究
1.3.3 沉积物的仿真研究
1.3.4 目前研究存在的问题
1.4 论文研究意义及主要研究内容
1.4.1 研究意义
1.4.2 研究主要内容
第二章 SCR系统沉积物反应温度研究
2.1 沉积物气相色谱分析
2.1.1 沉积物及标准样品性质
2.1.2 气相色谱分析结果
2.2 沉积物热重分析
2.2.1 试验设备、样品与方法
2.2.2 三聚氰酸二酰胺TG-DTG试验结果分析
2.2.3 三聚氰酸一酰胺TG-DTG试验结果分析
2.2.4 三聚氰酸TG-DTG试验结果分析
2.2.5 缩二脲TG-DTG试验结果分析
2.2.6 尿素TG-DTG试验结果分析
2.2.7 沉积物TG-DTG试验结果分析
2.3 尿素热解反应动力学建模
2.3.1 尿素热解详细反应网络分析
2.3.2 构建11步尿素热解反应动力学模型
2.3.3 化学反应速率常数的测算
2.3.4 沉积物热物性参数计算
2.4 机理模型验证及沉积物反应温度的获取
2.4.1 新11 步尿素热解机理模型与Ebrahimian机理模型对比
2.4.2 沉积物生成温度与分解温度的获取
2.5 本章小结
第三章 SCR系统沉积物结晶风险预测
3.1 SCR系统气液两相流三维CFD数学建模
3.1.1 几何模型的建立及网格的划分
3.1.2 模拟仿真初始条件
3.1.3 UWS液滴运动模型
3.1.4 UWS液滴蒸发热解模型及HNCO的水解
3.1.5 液滴碰壁模型
3.1.6 沉积物结晶模型
3.1.7 联合仿真技术运算
3.2 CFD模拟结果及分析
3.2.1 喷雾颗粒半径及温度分布
3.2.2 液膜厚度分布
3.2.3 液膜温度分布
3.2.4 Urea浓度与HNCO浓度分布
3.3 沉积物结晶风险预测
3.4 本章小结
第四章 SCR系统运行参数对沉积物形成过程的影响
4.1 柴油机关键工况参数
4.1.1 排气温度的影响
4.1.2 排气流量的影响
4.2 混合器及排气管参数
4.2.1 混合器及排气管材料的影响
4.2.2 混合器及排气管壁厚度的影响
4.3 尿素喷射系统参数
4.3.1 UWS喷射速率的影响
4.3.2 UWS温度的影响
4.4 敏感度分析
4.5 本章小结
第五章 全文总结与工作展望
5.1 全文总结
5.2 本文创新点
5.3 工作展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表论文情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]EGR管路沉积物对发动机排放的影响[J]. 曹东冬,阳培. 汽车零部件. 2019(11)
[2]国六SCR催化剂的性能试验研究[J]. 马义,陈奥林,况文宇,雷本刚,杨细元. 汽车科技. 2019(06)
[3]柴油机SCR系统排气管壁沉积物影响因素仿真[J]. 钱枫,吕林,杨栋. 内燃机学报. 2018(02)
[4]Urea-SCR系统尿素结晶现象分析及解决方案[J]. 白凤月,温邦耀,白书战. 山东大学学报(工学版). 2017(04)
[5]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)
[6]固态氨后处理技术与传统尿素后处理技术的对比研究[J]. 陈涛淼. 汽车零部件. 2016(11)
[7]车用尿素SCR系统的数值模拟[J]. 王静,王谦,赵炜,张铎,吴里程. 江苏大学学报(自然科学版). 2016(04)
[8]柴油机SCR系统尿素沉积物与喷雾特性的研究进展[J]. 高义,范凤雷. 重型汽车. 2013(06)
[9]柴油机尿素SCR系统沉积物成因研究[J]. 冯向宇,葛蕴珊,马朝臣,韩秀坤,谭建伟,李加强. 内燃机工程. 2014(06)
[10]尿素水溶液雾化热分解特性的建模及模拟研究[J]. 周英贵,金保昇. 中国电机工程学报. 2012(26)
博士论文
[1]重型柴油机SCR系统应用技术研究[D]. 张纪元.山东大学 2013
[2]柴油机SCR系统排气管中沉积物的生成机理研究[D]. 祝能.武汉理工大学 2017
硕士论文
[1]柴油机尿素-SCR系统喷射雾化仿真研究[D]. 陈全征.华北水利水电大学 2019
本文编号：3702315
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