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。     

柴油机尿素SCR氨分布均匀性的试验与模拟优化

在发动机排气温度300℃、排气流量400kg/h的条件下,测量了尿素SCR催化剂载体前端面的NH3浓度分布。测试结果表明:载体前端面NH3浓度分布均匀性较差,NH3浓度最大值约是最小值的6倍,试验NH3分布均匀性指数仅为0.791。为了提高NH3的分布均匀性,采用CFD软件建立了该SCR系统的流动以及尿素水溶液的喷雾、热解和水解反应等模型,并研究了混合器对NH3浓度分布的影响。模拟结果表明:尿素水溶液喷射后,部分液滴发生撞壁,在排气管直管段大部分液滴集中沿管壁方向运动,进入进口多孔管后液滴分散开,但整体液滴分布不均匀。安装混合器能够使NH3分布均匀性指数和NOx转化效率提高约10%。     

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。     

SCR尾气后处理系统安装方法及注意事项

随着国家环保的要求越来越严格,为了满足排放的需要,现代中重型运输车都选择加装尾气后处理系统SCR。该系统通过采取向尾气中喷射液态尿素的方式,通过一系列的化学反应,对降低环境污染起到了很好的效果。1 SCR尾气后处理系统SCR尾气后处理系统主要包括尿素泵、尿素喷嘴、尿素箱、尿素管路及喷射控制单元几大部件,参见图1。系统工作时,尿素泵的作用是将尿素箱中的尿素溶液加压后送往尿素喷嘴,同时将多余的尿素溶液泵回尿素箱,使SCR系统的压力维持在9 bar左右。     

SCR尾气后处理系统尿素结晶成因及风险试验分析

通过分析柴油机选择性催化还原(SCR)尾气后处理系统尿素结晶成因,提出尿素结晶风险评估方法,并在此基础上采用台架试验的方法进行SCR尾气后处理系统性能和抗结晶性能的仿真验证。结果表明：流速均匀性和NH₃均匀性的仿真结果与试验结果接近,仿真结果对SCR尾气后处理系统设计具有一定参考作用。对优化前后混合器进行稳态尿素结晶试验,结果表明优化后混合器结晶量明显减少,与仿真计算结果吻合较好,优化后的抗结晶效果明显提升,验证了所提出的尿素结晶风险评估标准具有一定的工程实践参考价值,可以帮助提高SCR尾气后处理系统抗结晶设计的工作效率。     

柴油机尿素 SCR 反应特性的试验研究

利用可独立控制尿素喷射量的SCR系统,通过柴油机台架试验,研究了钒基催化剂温度和空速对SCR催化还原反应NOx 转化效率和反应速率的影响,以及尿素喷嘴安装位置对转化效率的影响。结果表明：NOx 转化率随着氨氮比（NH3与NOx 物质的量之比）的升高而逐渐升高,由于尿素水解和热解不完全等因素,氨氮比上升到2时NOx 转化率才可达到最大;NOx 转化率随着催化剂温度升高而升高,到400℃时基本趋于稳定,NOx 转化率随空速升高略有下降;SCR反应速率随温度的升高而升高,随空速的变化不明显;相同氨氮比时,尿素喷嘴与催化剂的距离增加,有利于NOx 转化率的升高。     

喷射参数对柴油机SCR内部NH_3均匀性影响分析

研究尿素喷射参数对选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)系统催化箱载体内部NH_3分布均匀性的影响。选择典型发动机工况的排气流量、尾气体成分比例、排气温度、压力等物理信息作为边界条件,应用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法对SCR系统进行全尺寸模拟,并提出了NH_3均匀性系数γ来评价六串孔催化箱入口截面NH_3的均匀性程度。研究分析了5个尿素喷射位置、4种喷射角度对入口截面NH_3均匀性的影响。结果表明,在90°弯管喷射位置、45°喷射角度,六串孔催化箱入口截面的NH_3均匀性最好。     

增压器无叶喷嘴宽度对其出口流场影响的研究

用心形线表征了一种增压器无叶蜗壳梨形流道横截面轮廓 ,用有限差分法对增压器蜗壳内无叶喷嘴出口流场进行了数值模拟计算 ,研究了喷嘴宽度 (B)对其出口流场的影响。结果表明 ,喷嘴出口速度及气流角 (α)分布不均匀 ,随着 B沿蜗壳轴向减小 ,α逐渐减小且其分布趋于较均匀 ,而喷嘴出口速度逐渐增加但其分布趋于恶化 ;B减小到一定程度后 ,喷嘴出口流场变化不大。B沿蜗壳周向线形减小时 ,可改善α分布 ,但速度改善不明显     

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。     

振荡式喷嘴结构参数对喷雾特性的影响研究

自主设计流量收集装置及高速纹影试验获得某振荡式喷嘴的流量分布、喷雾锥角和振荡频率,并建立了其内外流动特性的数值仿真模型,通过与试验结果的对比验证了该模型的准确性。利用该模型研究了振荡式喷嘴的外流场特性及内流道侧壁张角对喷雾性能的影响,结果表明:喷嘴入口压力为0.2 MPa时,侧壁张角在25°～29°范围内,流量分布均呈现双峰形式,随着侧壁张角增大,射流振荡频率减小,低流量区流量占比增加且流量分布更不均匀;侧壁张角对流量大小和喷雾锥角没有影响。     

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。     

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...     

CG系列曲轴箱废气嘴喷机油问题的改进设计

随着发动机排量的增加,发动机缸间隙随之增加、活塞窜气量相应增大、曲轴箱内气压增大、发动机温度升高、发动机内机油温度升高及机油气化程度增加等问题,这些问题均会直接或间接导致发动机废气嘴喷机油现象,使发动机各部件因缺乏机油出现异常,甚至发动机无法正常工作。改进后的曲轴箱废气循环结构,有利于防止机油从废气嘴中喷出,从而大大降低了机油的异常消耗,为保证发动机的正常工作奠定了基础。     

Investigation on Spray Behavior and NOx Conversion Characteristic of a Secondary Injector for a Lean NOx Trap Catalyst

Lean NOx trap (LNT) catalyst has been used to reduce NOx emissions from diesel engines. The LNT absorbs NOx in lean condition and discharges N2 by reducing NOx in rich conditions. Thus, it is necessary to make exhaust gas lean or rich conditions for controlling LNT system. For making a rich condition, a secondary injector was adopted to inject a diesel fuel into the exhaust pipe. In the case of secondary injector, the behavior of spray is easily affected by high temperature (i.e., 250 ～ 350 °C) occurred in the exhaust manifold. Therefore, it is needed to investigate the spray behavior of diesel fuel injected into an exhaust manifold, as well as the conversion characteristics for a lean NOx trap of a diesel engine with LNT catalyst. The characteristics of exhaust emissions in NEDC (New European Driving Cycle) mode were analyzed and spray behaviors were visualized in various exhaust gas conditions. The results show that as the exhaust gas mass flow increases, the spray cone angle becomes broad and the fuel is directed to the flow field. Besides, the cone angle of spray is decreased by centrifugal force caused in exhaust gas flow field. In addition, the effects of nozzle installation degree, injection quantity, and exhaust gas flow on NOx conversion performance were clarified.     

柴油机NOx催化器还原剂添加方案优选

运用计算机辅助分析手段(CAD/CFD)对柴油机NOx催化器还原剂与排气的混合过程进行了模拟,通过考察不同还原剂添加方案下催化器内还原剂的浓度分布,研究了添加位置、喷油器型式及喷射方向等因素对还原剂浓度分布的影响,研究结果为还原剂添加系统的方案优选提供了依据。     

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.     

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...