SCR系统尿素喷雾特性影响因素的CFD仿真分析

利用AVL Fire三维商用仿真软件对SCR系统尿素喷雾特性的影响因素进行了模拟计算,考察的因素包括工况、尿素喷射压力、尿素水溶液的温度及喷嘴的安装角度。结果表明:喷雾形态受来流影响较大,喷雾的速度及贯穿距离随排气流量增加,排气流量越小,排气温度(SCR喷嘴处排气温度)越高,越利于喷雾液滴的蒸发和热解;喷射压力对液滴的喷雾形态影响不大,但对NH3的浓度场分布影响较大,喷射压力越高,NH3的生成效率越低;尿素溶液温度对喷雾形态及NH3的转化影响不大;喷嘴安装角增大利于喷雾液滴蒸发和热解。     

结构参数对Urea-SCR系统性能的影响研究

通过建立SCR系统数值模型,对柴油机SCR系统尿素水溶液喷雾分解和催化剂表面的化学反应过程进行模拟。结合台架试验,研究了喷嘴喷射角度α、催化器扩张角β和混合器及其安装位置等因素对SCR系统NO_x转化率、NH_3分布均匀性和液膜质量等的影响规律。结果表明:喷射角度和催化器扩张角的影响规律比较复杂,须根据具体情况选定;加装混合器后,可产生明显的排气旋流,有效延长UWS液滴的运动轨迹,促进其与排气的良好混合,明显提高SCR系统NO_x的转化率,它安装于喷嘴下游100～200mm处较为合理。     

柴油机SCR系统混合器优化设计与仿真分析

针对国六轻型柴油机混合器存在的NH₃均匀性问题,通过计算流体力学(CFD)对SCR系统内NH₃分布进行仿真研究,设计NH₃分布测试试验对仿真模型进行验证,优化设计混合器结构,研究了不同混合器方案对流场结构、SCR前端面NH₃均匀性和系统背压的影响。结果显示:仿真模型计算的NH₃分布与试验分布趋势具有较强的一致性;优化后的混合器B2方案NH₃均匀性可以达到0.97,远高于原混合器的0.88,同时背压由22.3 kPa降低到19.2 kPa;混合器多孔板从加强气流扰动和增加微小尿素液滴碰壁两个方面提升NH₃的均匀性;B3方案作为对照表明,与混合器不适用的多孔板会导致NH₃均匀性降低。     

基于CFD的SCR系统结构仿真研究

为研究SCR系统结构对尿素雾化效果的影响,利用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件建立尿素-SCR系统结构模型,进行尿素喷射及雾化过程仿真模拟,分析喷孔夹角及管道截面突变位置等结构参数对尿素-SCR系统雾化效果的影响。结果表明,增大喷孔夹角有利于促进NH3与排气气流的混合,考虑实际应用条件,喷射夹角在45°左右为最优;喷射管道与载体壳体之间的突变位置距载体前端面的位置逐渐增大,NH3浓度的标准偏差先减小,后增大,位于喷嘴与载体前端面中间位置处时,尿素与气流的混合效果最好。     

紧凑型SCR系统结构设计及仿真研究

研究了SCR系统结构设计的发展趋势,在一款紧凑型SCR系统结构设计基础上进行结构改进,并采用计算流体力学(CFD)软件Fluent对螺旋叶片混合器进行流场分析,引用均匀性评价指数Gamma评价了不含混合器、含混合器及混合器结构改进后的载体轴截面上的气流分布均匀性,发现螺旋叶片混合器改变了气流速度在载体截面上的分布特点———轴线至壁面流速逐渐升高,另外在螺旋叶片出入口适当开孔可以降低由混合器引起的排气背压增量,并且对气流在载体截面上的分布均匀性起到促进作用。     

氨分布对柴油机并联式SCR后处理系统NO_x排放的影响

以国六并联式SCR后处理系统为研究对象,在13 L国六柴油机上,采用速度均匀性和氨分布均匀性仿真计算、两路SCR平均氨浓度分析和氨质量加权百分数仿真计算、氨分布均匀性试验、排放性能试验等方法,对两种仅混合器不同的国六并联式SCR后处理系统NO_x排放进行研究。仿真分析研究表明:两路并联的SCR后处理系统速度均匀性和氨分布均匀性计算值在0.96～0.99之间,单个SCR装置的前端面氨浓度均匀性试验测试结果也在0.98以上,但两路SCR前端面的平均氨浓度相对偏差在5%～17%之间,会导致后处理系统NO_x排放较差;氨浓度试验验证了仿真分析的正确性。排放性能试验表明,两路SCR前端面平均氨浓度偏差较大的后处理系统WHSC排放结果会恶化;可通过氨质量加权百分数相对偏差的仿真计算评估并联式SCR后处理系统催化能力,经试验对比建议计算评价标准设定为5%以内较为合理。     

尿素喷嘴对SCR系统喷射雾化影响仿真研究

为了提高尿素选择性催化还原技术(selective catalytic reduction,SCR)系统对柴油机尾气中的氮氧化物(NOx)的转化效率,通过使用软件模拟仿真改变尿素水溶液喷嘴的安装位置、数量、安装方向的方法,研究尿素喷嘴参数对系统性能的影响。结果表明:随着喷嘴和尾气进口之间距离的增大,NH3的均匀性系数和平均质量分数均逐渐地减小;随着喷嘴数目的增加、喷射方向与尾气流动方向夹角的增加,载体前端NH3分布均匀性均呈现先增大后减小的趋势。     

国六柴油机双旋流SCR混合器试验研究

为解决国Ⅵ柴油机SCR后处理系统在低排温、低负荷工况下存在的尿素结晶问题,采用CFD和试验研究相结合的方法,对某重型国Ⅵ柴油机后处理SCR单旋流混合器进行结构优化,设计出了一种双旋流混合器.对双旋流混合器进行NO x单点转化效率试验、瞬态WHTC排放试验以及10 h发动机台架尿素结晶验证试验.模拟结果表明:双旋流混合器能够产生更强的旋流效果,促使尿素喷雾和尾气充分混合、蒸发分解,且使氨分布均匀性指数提高了15.19％.试验结果表明:相较于单旋流混合器,双旋流混合器在氨氮比为0.7,0.9和1.2时的NOx转化率分别提高1.58％,1.78％ 和0.38％,N O x排放显著降低,混合器壁面未出现尿素结晶,解决了低温、低负荷工况下的尿素结晶问题.     

国Ⅴ柴油机SCR系统结构对尿素结晶影响研究

针对某国Ⅴ商用柴油车SCR系统中出现的结晶问题,综合应用CFD模拟和台架试验进行分析研究,提出一系列结构优化和改进方案,改善了SCR前流场状态以及流体的流动均匀性和尿素均匀性,基本消除了排气系统在实际工况下的结晶风险,提高了全系统的抗结晶能力,保证了SCR系统的正常运行。通过对模拟结果和台架试验数据的比对分析,研究了流场分布以及混合器结构对结晶形成产生的影响。     

柴油机Urea-SCR系统建模与仿真研究

分别建立了基于GT-Power软件的目标发动机模型和尿素SCR一维催化器模型,依据搭建的试验装置,验证了模型的有效性。在十三工况中,排气流量和排气温度的最大误差分别为4.13%和8.3%。在SCR催化器模型验证中,模拟值与试验值趋势一致,吻合较好。将上述模型耦合,对柴油机尿素SCR系统进行模拟分析。模拟结果表明:催化剂温度分布沿排气流向基本呈线性分布;选择催化还原反应主要集中在催化剂的入口段;催化剂的催化效能利用率与催化剂表面NH3覆盖度密切相关,随排气流向下降,提高催化剂的NH3吸附能力可以显著提高催化剂的转化效能。模拟结果可以用于柴油机尿素SCR系统控制策略的制定和SCR催化器的设计与定型。     

重型柴油机Urea-SCR系统尿素沉积物的试验研究

利用发动机台架试验研究了排气温度、排气流速以及尿素水溶液喷射量对尿素沉积物生成量的影响.测量对比了排气管内壁面与排气的温度差.通过热重与红外光谱分析研究了SCR系统耐久性试验和道路试验中产生的沉积物的加热分解过程及分解产物,通过电感耦合等离子体发射光谱仪和质谱仪对沉积物中杂质金属含量进行了分析.结果表明,排气温度、排气...     

尿素-SCR技术对NOx转化率和NH3排放的影响

在AVL发动机台架上就尿素-SCR技术对NOx转化率和NH3排放的影响进行了试验,催化剂为钒氧化物,尿素质量分数从0变化到50%.研究发现,排气温度、空速、尿素浓度、尿素喷射量对NOx转化率和NH3排放有着重要影响:排气温度升高,NOx转化率先升高后下降,400～450℃是转折点;提高排气空速,NOx转化率线性下降,N...     

地下工程排烟口部流体动力学数值仿真分析

利用FLUENT对沿着排烟口部附近排烟管内壁引入冷气流进行了数值模拟,分析了不同冷气流速度、不同管径以及不同冷气流进口宽度下的排烟管内温度分布情况,对于排烟口部掺冷装置的设计提供了重要的参考依据。     

国产车用尿素可替代性试验研究

使用商业钒基SCR催化转化器和某国Ⅳ重型柴油机,在AVL发动机台架上对3种国产车用尿素进行了相互替代性试验,研究中考虑了不同尿素对SCR催化转换器的起燃特性、动态响应、NOx转化率和NH3泄漏等性能的影响。试验排气温度为160～440℃,n(NOx)∶n(NH3)(物质的量之比)从0.8变化到1.2。研究发现:相同条件下3种尿素对SCR系统起燃温度基本没有影响,ESC和ETC循环NOx转化率都在70%以上,同时对其他常规气态排放和NH3泄漏没有明显影响,可以互相替代使用;相同条件下,单位体积尿素溶液中尿素含量越高,SCR系统动态响应越快,ESC和ETC循环NOx转化率越高。     

Effect of UWS injection at low exhaust gas temperature on NO<Subscript>x</Subscript> removal efficiency of diesel engine

Urea-SCR systems have been widely used in diesel vehicles according to the strengthened NO_x (Nitrogen Oxides) emission standard. The NO_x removal efficiencies of the latest well optimized urea-SCR system are above 90 % at moderate exhaust gas temperature of 250 ~ 450 °C. However, a large amount of NO_x is emitted from diesel vehicles at cold start or urban driving conditions, when the exhaust gas temperature is not high enough for SCR catalyst activation. Although many researchs have been stuied to improve NO_x conversion efficiency at these low temperature conditions, it is still one of important technical issues. In this study, the effect of UWS injection at low exhaust gas temperature conditions is studied. This study uses a 3.4 L diesel engine equipped with a commertial urea SCR system. As a result, it is found that about 5 % of NO_x removal efficiency is improved in the NRTC test when UWS injection starts at the SCR inlet temperature of 150 °C compared to 200 °C. It is also found that urea deposits can be formed on the wall of exhaust pipe, when the local wall temperature is lower than temperature of urea decomposition.     

提高柴油机尿素SCR系统氮氧化物转化效率的试验研究

针对柴油机Urea-SCR后处理系统,为了有效提高NOx转化效率,考虑了包裹保温材料减少排气管散热从而提高载体温度、调整喷嘴位置、安装混合器等3种方法,并进行了不同温度和空速下SCR的NOx转化效率试验。试验结果表明:包裹保温材料能够在ETC循环中提高SCR载体温度20℃左右,从而使发动机更多工况处于SCR催化剂反应高效区域;喷嘴安装在更靠近发动机涡轮出口处(沿排气流反方向移动20 cm后),各工况下NOx转化效率均有所提高;安装混合器后在各工况下NOx的转化效率均有5%左右的提高,尤其在低温220℃时NOx的转化效率提高7%。     

某柴油机SCR系统CFD仿真分析

排放法规的日趋严格,柴油机尾气后处理器SCR作为处理NOX排放物的一种有效手段,吸引了越来越多的目光的关注。柴油机尾气后处理器SCR内部的气体流动状况及尿素喷射效果与其使用效率以及柴油机的动力性和经济性都有很大的影响。文章通过建立三维SCR流动和喷雾计算模型,计算得出SCR内部压力、流场分布以及尿素喷射雾化分布情况。通过本次仿真,找到内部影响SCR工作效率的关键设计因素,从而更好的优化产品设计,满足性能及一致性的要求。结果表明:柴油机尾气后处理器SCR内部孔道的分布对于性能有一定的影响,需要通过生产进行控制从而满足尾气后处理的效率及产品一致性要求。