柴油机尾气SCR系统的尿素喷射流场特性与防结晶设计分析研究

发布时间：2020-11-11 17:06

　　 2023年国六(b)尾气排放标准将全面执行,该法规对NOx排放要求非常严格,目前以尿素为还原剂的SCR(选择性催化还原)技术是满足NOx排放要求的主流方案,因此对于多样的柴油机,设计出满足排放要求的SCR系统是亟待解决的问题。本文针对柴油机SCR系统的喷雾蒸发分解、NH_3与尾气混合、管道结晶与控制等关键性问题进行了研究,通过对尿素转氨和壁膜结晶机理的分析,建立了从喷射参数优化,到混合器设计,再到防结晶结构设计,最后进行结构参数优化的SCR系统设计流程,主要内容和研究结果如下:(1)分析尿素喷射雾化机理,根据液滴能量和质量控制方程,通过引入基于温度的优化参数将模型的准确性提高了12.7%;利用CVM方法建立三维模型得到流场初始仿真特性,对比两种工况下系统的流场特性用以指导喷射参数设计;研究喷射雾化分布的影响因素,确定喷射位置、喷射方式、喷孔分布和喷束夹角等前提参数,对比12组不同喷孔个数和喷射方向下NH_3分布和均匀性,确定6孔15°喷射效果最佳。(2)分析尿素分解质量微分方程,根据温度与反应速率的关系优化模型的活化能和动力学参数;总结混合器设计的目的和原理,提出了基于面积和方差的均匀性评价指标;总结评价混合器的设计可行性标准,归纳了10种常见的混合器形式及其优缺点,设计了三种可调参数的混合器结构;对比三组混合器在优化喷射参数下的仿真结果及其原因,并对混合器的选型和应用进行了分析。(3)分析碰壁控制模型和液膜形成机理,通过Kuhnke和Birkhold模型的联合使用细化了仿真过程,利用无量纲参数T'和K将碰壁形式分为六种形态,得出通过控制液滴碰壁类型来有效防止结晶的方法;分析壁膜结晶过程和沉积物成分,阐述各温度条件下主要成分的化学反应,得出温度是影响各反应物之间转化的关键;沉积物生成存在临界点,可以通过尿素临界区间来指导混合器的设计;设计了四种可调参数的防结晶结构,对比各方案下的流场特性。(4)总结SCR系统设计流程,归纳三大模块设计的一般方法,针对本文的长筒型管道,分别对喷射参数、混合器、内嵌管进行选型,确定了网状混合器结合圆柱内嵌管的方案,并根据选型结构设计了三组对照参数。对三组参数进行压力损失、NH_3分布和NO转化率对比分析,得到各参数对管道流场特性的影响规律。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X701
【部分图文】：

科 技 大 学 硕 士 学 位 列微液滴进行建模计算。32.5%的尿素溶液，经过喷嘴进入排气管道，喷定性作用，一般情况下，喷射量恒定时液滴直进 NH3的生成，由溶液雾化成液滴的过程[47]主液滴形成，如图 2.1，虽然目前液膜与空气之间破碎是由动力学状态不稳定导致的。

仿真与试验蒸发速率对比

优化后仿真与试验蒸发速率对比
【参考文献】

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本文编号：2879482