车用柴油机Urea-SCR系统数值模拟与试验研究
相对于汽油发动机，柴油机的燃烧热效率更高，油耗更低，在相同功率情况下，柴油机的输出扭矩更大，汽车柴油化已逐渐成为未来汽车行业的发展趋势。但是，由于柴油机混合气的形成方式及燃烧特点所致，其主要污染物氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)的排放会对全球气候和人体造成严重的危害。选择性催化还原(SCR)技术效率最高，应用最多，是降低NOx排放最成熟的技术之一。随着汽车排放标准的日益严格，采用SCR技术降低柴油机NOx的排放正成为新的研究热点。本文针对柴油机Urea-SCR系统展开研究与分析，为SCR在车用柴油机上的应用与发展提供理论基础。 本文首先从Urea-SCR系统的工作原理入手，分析系统各个组件的特性，结构，及其在整个工作过程中的作用与影响，以及从尿素溶液的蒸发热解到催化器内部催化还原反应所涉及的主要化学反应机理。分析了催化器的结构对SCR工作性能的影响。对管路中出现的结晶问题进行了细致的研究，并提出了有效的解决措施。 基于计算流体力学(CFD)数值模拟方法，对SCR系统建立三维模型，综合考虑尿素水溶液的喷射、雾化、蒸发和热解过程，喷雾和排气管内壁之间的相互作用以及催化剂载体进行的选择催化还原反应。运用CFD软件AVL FIRE，对柴油机SCR系统尿素喷射过程进行数值模拟，研究表明，液膜的形成主要取决于排气温度及液滴撞壁量，在低温低工况下需减少尿素喷射量，适当提高尿素喷射压力。氨浓度分布不均主要集中在中，高工况下，提高尿素喷射角度可有效的解决管路尿素结晶的问题，混合器的加装对于提高氨浓度分布均匀性效果明显，本文对混合器的结构进行了优化，在保证氨气均匀分布的同时降低了系统的压力损失。 最后对Urea-SCR系统在发动机台架上进行试验研究，详细分析了开环尿素喷射控制策略，并对尿素的喷射量进行计算与修正。分别进行ESC和ETC循环试验，试验结果表明，经SCR处理后各污染物的排放量均满足国Ⅳ排放法规的要求，其中NOx的平均转化效率为67.4％，ESC循环过程中尿素与燃油消耗量之比仅为5％，氨的泄漏量也远低于法规的限值。
车用柴油机;尿素选择性催化还原;数值模拟;SCR混合器
江苏大学
硕士
热能工程
王谦
2014
中文
U464.172
81
2014-09-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）