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.     

逆流式混合器的设计及尿素结晶风险评估方法研究

传统双层管SCR混合器在排气温度低的工况易在混合器壁面形成尿素结晶。为解决此问题,设计了一种新型逆流式SCR混合器及其与喷嘴座的集成布置方案。利用CFD技术和台架试验相结合验证了逆流式混合器的预防尿素结晶能力和对NO_x排放的影响,并对尿素结晶机理及尿素结晶风险评估方法进行了深入研究,提出了基于"尿素结晶能量因子"比较不同工况尿素结晶风险的方法。对逆流式SCR催化器进行台架瞬态排放测试试验和30 h发动机台架尿素结晶验证试验,台架试验结果表明:逆流式结构混合器的瞬态NO_x转化率提高了1.8%,30 h台架尿素结晶试验表明逆流式混合器壁面未出现尿素结晶。     

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。     

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。     

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。     

后处理结构对柴油车尿素结晶的影响

针对后处理结构对尿素结晶的影响进行研究，提出了混合器与系统管路两个方面的优化措施。通过计算机仿真计算与分析，得出最佳方案，并通过发动机台架试验进行验证，以达到在不做其它优化的条件下，完全消除尿素结晶的目的。     

紧凑型DOC-混合器-SCR后处理系统数值模拟

为提高SCR系统的转化效率,提出紧凑型DOC-混合器-SCR后处理系统,建立了3种不同结构的后处理模型。采用计算流体力学(CFD)结合化学反应动力学的方法,建立了柴油机SCR-NOx催化器三维数值模型,该模型包含尿素水溶液喷射、液滴蒸发和热解、NOx催化还原化学反应整个尾气后处理过程,得到了紧凑型后处理系统的湍流动能场、速度流场、浓度场的分布规律,并与传统型后处理系统模拟仿真结果进行对比。研究结果对柴油机后处理系统设计具有参考价值。     

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。     

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。     

气助喷嘴抗结晶性能试验研究

尿素喷嘴的性能直接影响SCR后处理系统的工作效率,结合主机厂制定的SCR计量喷装置工程规范,在发动机台架上进行了2款气助喷嘴的抗结晶性能试验研究,试验表明:在发动机排气流量为500~800Kg/h、排温为550℃,尿素泵以100ml/h流量喷射尿素的工况下,试验喷嘴的抗结晶性能均满足要求,同时通过性能对比为喷嘴结构优化,性能提升提供依据。     

浅析柴油车尾气管尿素结晶分析及预防措施

针对柴油车SCR系统开发及应用过程中出现的尿素结晶问题展开研究。首先对尿素结晶成分进行特性分析,研究尾气管壁面温度对尿素结晶的影响,并对减少尿素结晶的生成进行探索,结果表明:优化尾气管布置,修正低温下尿素喷射量,提高尾气管壁面温度,可有效减少尿素结晶的生成。     

基于CFD分析的NOx传感器监测特性研究

根据国六柴油机台架上的性能试验经验,某些后处理系统SCR下游NO x传感器测量的NO x值与台架气体分析仪的测量值之间存在较大偏差.利用计算流体力学(C FD)技术对两种后处理方案进行计算,分析了尿素喷雾的形态及蒸发分解,对SCR载体前端面和NO x传感器安装位置的氨分布均匀性进行了评估,针对NO x传感器探头位置的氨分布偏差值占比进行了分析.仿真结果表明,SCR前氨气不均匀是NO x传感器测量偏差大的原因,SCR下游增加螺旋混合装置后,测量偏差可从15％ 降低到0.5％,解决了偏差大的问题.台架试验显示仿真与试验结果吻合良好,证明了C FD分析结果的可信性.     

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%。     

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。     

SCR后处理系统在国Ⅳ环卫车上的应用

简述了SCR后处理系统的结构和工作原理。对匹配道依茨BF4M2012-16E4柴油机的解放牌某环卫车系列车型,进行了匹配SCR后处理系统的合理布置,包括排气管路及后处理结构设计、尿素泵布置、尿素罐与尿素管路布置及尿素喷嘴的布置。对改进后车型进行了排放性能试验、噪声性能试验、排放耐久性试验和可靠性试验。结果表明,该车型所用SCR后处理系统完全符合设计要求,满足国Ⅳ排放和噪声要求。     

车用固体铵SCR系统研究进展

为解决实际车用Urea-SCR系统低温NOx转化效率低和尿素结晶等弊端,国内外一些学者开始研究固体铵SCR系统以改善SCR系统的特性。本文对比分析了SCR系统氨气前驱体分别为32.5%尿素水溶液和固体铵盐的优劣。阐明了固体铵SCR系统的反应原理,及在排放法规日益严格的社会背景下,该技术在降低柴油汽车尾气NOX排放的优势。并详细介绍了车用固体铵氨气直喷SCR尾气后处理技术的国内外研究进展及其应用情况。最后对固体铵SCR系统的深入研究提出了建议。     

满足国Ⅳ标准的喷嘴集成式SCR系统仿真设计与试验研究

为改善分体式SCR系统安装空间要求高、尿素易结晶、维修成本高等缺点,设计了一种把喷嘴和SCR系统集成的结构;运用CFD方法对4种不同进口结构进行仿真对比,确认最优结构后制作样件,将新样件安装在发动机台架上进行结晶试验和排放试验。结果表明,SCR系统中无结晶并且能达到国IV排放要求,表明该集成式结构可行并且优于分体式结构。     

柴油机SCR系统车用尿素喷雾特性仿真与试验研究北大核心

通过建立喷射系统CFD三维仿真模型,研究了柴油机SCR系统在空气辅助雾化条件下尿素喷射的喷雾速度流场、雾化粒径、喷雾形态和贯穿距等变化规律,并通过试验对模型进行了验证;根据喷射模型对SCR系统的喷孔直径等结构参数进行了优化设计,通过发动机ESC,ETC试验对还原剂雾化性能进行试验验证。试验结果表明:采用改进后的柴油机空气辅助喷射还原剂供给系统后,柴油机NOx排放和NH3泄漏等指标均满足国Ⅴ阶段排放法规要求,验证了所采用的喷雾特性仿真优化设计方法有效可行。     

国IV重型卡车SCR系统及车用尿素溶液解析

车用尿素是重卡达标的必备产品国内柴油机生产厂家为达到日趋严格的国家机动车污染物排放标准,从国IV开始,除采取改进燃油喷射系统、优化燃烧过程等机内净化措施外,还增加了机外后处理装置。目前,国内满足国IV排放标准的主流技术路线主要有2种：一是机内优化燃烧＋选择性催化还原（SCR）路线;二是废气再循环（EGR）＋柴油微粒捕捉器／氧化催化转换器（DPF／DOC）路线。由于采用SCR技术的国IV柴油机具有改动小、燃油要求较低等优点,更适应国内目前柴油品质相刈较差、含硫量较高的现状,且燃油经济性比EGR技术好,在技术升级连续性上具有优势;此外,SCR系统的催化器耐久性好且不存在堵塞的风险,因此,国内重卡生产厂家为应对国IV排放标准要求,大多都采用了SCR的后处理技术。但使用SCR后处理技术的柴油车必须添加尿索溶液作为催化还原剂对尾气中的氮氧化物进行处理,通过车用尿素溶液与SCR技术的共同作用,在优化柴油机性能和减少燃料消耗的同时,还可以显著降低成本（通常车用尿素溶液的平均消耗量约为柴油消耗量的5％）。