在用柴油机尾气排放控制SCR系统的建模与仿真优化研究

发布时间：2020-03-28 00:33

【摘要】：柴油机由于其优异的动力性与燃油经济性被广泛应用于运输、工业、生产等领域,而对于柴油机来说,氮氧化物的排放是柴油机排放控制的重中之重。目前工业领域主流的脱硝技术为SCR技术,为了提高SCR系统对于NOx的转化效果,本文分别从系统结构与控制策略的两方面对SCR系统进行了优化,本文的主要研究内容如下:(1)SCR系统优化的课题研究背景及意义。首先对我国目前的排放法规与污染物控制形式进行了简单介绍,再从机内净化与排气后处理的角度列出了柴油机主要污染物的几种工业处理方法。此外,综述了国内外对于SCR系统的结构优化与控制策略优化的研究背景与现状,由此引出了本文的研究目的与研究内容——分别应用数值模拟和控制模拟的方法对SCR系统进行优化,提高系统性能。(2)研究方法及模拟软件介绍。在本节中,首先介绍了SCR系统结构优化的研究方法——建立了柴油机SCR系统的三维几何模型,基于实际尿素溶液的物理化学过程,建立了湍流扩散、液滴蒸发、热解、破碎、碰壁五个子模型,用于模拟整个SCR系统的实际运行工况;接着介绍了SCR系统尿素喷射的策略架构——基于Matlab/Simulink搭建了SCR系统的化学反应动力学模型,以及尿素喷射量的模糊逻辑控制方法。(3)面向SCR系统结构优化的研究。采用AVL FIRE软件对SCR反应器进行了数值模拟与验证,并采用响应面优化法对SCR系统结构参数进行优化。结果表明:所建的SCR反应器模型喷射深度与试验结果拟合较好,从而验证了模型的准确性与合理性;对结构参数进行了试验设计,以NO_x转化率为优化目标,得到了最佳的喷射参数为喷嘴孔数为8,距反应器前端的距离为0.29m,喷射速度为69.65m/s,喷雾锥角为117.4°,可用于SCR催化剂结构设计的最优参数。(4)面向SCR系统控制策略优化的研究。研究了SCR系统的尿素喷射使能控制策略以及SCR系统尿素喷射量计算方法。通过仿真,分析了变工况下模糊控制系统对出口NO_x浓度的控制效果。最后对于ESC循环与ETC循环进行离线仿真,分别计算了ESC循环与ETC循环下的NH_3泄露量与NO_x的控制效果。结果表明,SCR模糊逻辑控制策略满足相关排放法规的标准。
【图文】：

图 1.1 按燃料和排放标准划分的汽车构成近些年，汽车尾气氮氧化物排放量随着汽车数量的增加而增加，全国柴油汽车排放总较高的是氮氧化物污染物，其中排放分担率达到 24%。柴油机在富氧情况下，污染物排量要高于一般汽油机，而发动机控制技术的好坏对柴油机污染物排放量的高低有着直接

图 1.2 汽车和柴油车的污染排放占比，柴油机虽然由于其高热效率，高经济型和耐久性的优点而广泛应械领域。但柴油机的氮氧化物和颗粒物排放却远远高于汽油机，而排放法规[2]，对于柴油黄标车改装而言，，不仅需要柴油机本身的性的尾气处理技术和先进的尾气测量控制技术。
【学位授予单位】：福建工程学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.6

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本文编号：2603637