柴油车WF-DPF和Urea-SCR工作性能的数值模拟研究

发布时间：2017-10-05 11:16

  本文关键词：柴油车WF-DPF和Urea-SCR工作性能的数值模拟研究

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【摘要】：随着我国区域性空气污染加剧,机动车排放法规日趋严格,在降低机动车污染物排放方面需要机内净化技术与机外净化技术的共同作用。与汽油车相比,柴油车的PM和NOX排放更为突出,通常柴油车PM排放约为汽油车的30~80倍,尤其是在用柴油车,其尾气污染物排放更多,更加需要进行治理。本文利用GT-Power对壁流式颗粒过滤器(WF-DPF)和尿素选择性催化还原器(Urea-SCR)的性能进行了模拟研究,分析得到各结构参数或影响因素对WF-DPF过滤和再生性能以及对Urea-SCR性能的影响趋势;并应用正交试验法分析得到影响其性能的主要条件。本论文的结论,可对已有的WF-DPF或Urea-SCR进行性能优化,对在用柴油车的改造具有指导意义。论文主要结论如下:(1)评价壁流式颗粒过滤器(WF-DPF)过滤性能的指标为初始过滤效率和需要再生时的压降。在一定参数范围内,优化WF-DPF的初始过滤效率时,主要考虑增大过滤器直径、壁厚和孔隙率,同时降低微孔直径;优化压降时,主要考虑降低通道密度、壁厚和孔隙率,同时增大过滤器直径。本次模拟试验中得到的WF-DPF过滤性能较优的方案为:过滤器长度300mm,过滤器直径350mm,通道密度150CPSI,壁厚0.3mm,微孔直径0.015mm,孔隙率0.6,渗透率6.7×10-5mm2,此时WF-DPF的初始过滤效率为99.7%,压降为1.452kPa。(2)评价WF-DPF再生性能的指标为最大壁面峰值温度和再生效率达到90%所需的时间。在一定参数范围内,优化WF-DPF的最大壁面峰值温度时,主要考虑降低初始沉积的颗粒物密度和排气温度;优化再生所需时间时,主要考虑提高排气温度和排气体积流量。本次模拟试验中得到的WF-DPF再生性能较优的方案为:初始沉积的颗粒物密度1g/L,排气体积流量210L/s,排气中的氧气浓度16%,排气温度450℃,此时WF-DPF的最大壁面峰值温度为454.6℃,再生效率达到90%所需的时间为175s。(3)评价尿素选择性催化还原器(Urea-SCR)性能的指标为对NO_x的削减效率和出口处NH3浓度。在一定参数范围内,优化NO_x的削减效率时,主要考虑提高NO2/NO_x(不高于0.5)和NH3/NO_x;优化出口处NH3浓度时,主要考虑降低排气温度同时提高NO2/NO_x。本次模拟试验选出的Urea-SCR性能较优的方案为:NH3/NO_x=1.0,NO2/NO_x=0.5,排气温度250℃,氧气浓度为2%。在该方案下,对NO_x削减效率为93.9%,出口处NH3的浓度为0.85 ppm。
【关键词】：WF-DPF Urea-SCR 过滤性能 再生性能 NO_x削减效率
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.74
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 研究意义11-12
• 1.3 主要后处理装置及其国内外研究现状12-16
• 1.3.1 柴油机主要后处理装置12-13
• 1.3.2 国外研究现状13-15
• 1.3.3 国内研究现状15-16
• 1.4 研究内容和技术路线16-18
• 第二章 WF-DPF和Urea-SCR的结构与技术原理18-28
• 2.1 壁流式颗粒过滤器18-23
• 2.1.1 壁流式颗粒过滤器的结构18-19
• 2.1.2 壁流式颗粒过滤器的过滤机理19-21
• 2.1.3 壁流式颗粒过滤器的再生21-23
• 2.2 尿素选择性催化还原器23-27
• 2.2.1 尿素选择性催化还原器的结构23-24
• 2.2.2 尿素选择性催化还原器的工作机理24-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 壁流式颗粒过滤器的数值模拟研究28-54
• 3.1 GT-Power简介28-31
• 3.1.1 GT-Power处理平台概况28-29
• 3.1.2 GT-Power基本系统方程29-31
• 3.2 壁流式颗粒过滤器过滤性能的模拟研究31-43
• 3.2.1 WF-DPF过滤数值模型31-33
• 3.2.2 影响过滤性能的参数分析33-39
• 3.2.3 影响参数的主次分析39-43
• 3.3 壁流式颗粒过滤器再生性能的模拟研究43-53
• 3.3.1 WF-DPF再生数值模型43-47
• 3.3.2 影响再生性能的因素分析47-50
• 3.3.3 影响因素的主次分析50-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第四章 尿素选择性催化还原器的数值模拟研究54-64
• 4.1 尿素选择性催化还原器（Urea-SCR）模型的建立54-57
• 4.2 反应条件对Urea-SCR性能的影响57-60
• 4.2.1 NH_3/NO_x的影响57-58
• 4.2.2 NO_2/NO_x的影响58
• 4.2.3 排气温度的影响58-59
• 4.2.4 氧气浓度的影响59-60
• 4.3 Urea-SCR反应条件影响的主次分析60-62
• 4.3.1 仿真试验设计60-61
• 4.3.2 仿真试验结果分析61-62
• 4.4 本章小结62-64
• 结论64-66
• 结论64-65
• 展望65-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果70-71
• 致谢71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 谭理刚;何利华;寇传富;江俊豪;龚金科;;柴油机Urea-SCR系统喷射雾化的数值模拟[J];环境工程学报;2014年04期

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3 王谦;张铎;王静;亓平;李硕;陈冯;;车用柴油机Urea-SCR系统数值分析与参数优化[J];内燃机学报;2013年04期

4 陈冯;王谦;何志霞;张铎;;柴油机Urea-SCR尿素喷射过程参数优化及数值模拟研究[J];内燃机工程;2015年01期

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本文编号：976479