柴油机scr系统喷射雾化及催化转化数值仿真与试验研究

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1、学校代号：学号：密级：10532B05021035公开湖南大学博士学位论文柴油机SCR系统喷射雾化及催化转化数值仿真与试验研究SimulationandexperimentalstudyonUrea-SCRCatalystsforDieselEngineNOxControlbyTANLigangB．E．(HunanUniversity)1996M．S．(HunanUniversity)2003AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequiremen

2、tsforthedegreeofDoctorofscienceVehicleEngineeringintheofHunanUniversityProfessorGongJinkeOctober,2013湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：‘

3、彳理叫日期：加『，甲年垆月2日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密口。(请在以上相应方框内打”√”)作者签名：导师签名：日期：加f‘

4、D年中月二日日期：争o，峰年中月2一SCR喷射雾化数值仿真分析摘要

5、柴油机应用日益广泛，NOx排放污染物对人体以及环境的影响日趋严重。柴油机Urea．SCR系统是降低NOx，达到欧Ⅳ以上排放法规的主要后处理装置。随着排放法规要求的日益严格，Urea．SCR系统必须满足高效转化和低压力损失的要求，并且尽量避免喷氨过多带来的二次污染问题。为此，本论文以863项目“新一代轿车用环保高效柴油机燃烧系统与后处理系统的研发”(2008AAllAll6)，科技创新扶持项目“柴油机尿素SCR系统尿素喷雾及混合规律的研究”等项目为依托，采用数值仿真和试验相结合的方法对柴油机SCR系统的喷射雾

6、化、压力损失、反应特性、喷氨MAP等进行了研究与分析，其主要研究工作和创新之处如下：1、基于压力漩涡喷射模型和离散相雾化混合模型，系统地研究了喷嘴喷射距离、喷射位置与方向、喷孔数目与孔径等参数对催化剂载体入口处的浓度分布情况的影响规律。通过台架试验，采用喷距5D、径向、四孔、小孔径喷嘴方案可使NOx转化率达到95％以上，验证了仿真结果的合理性。2、建立了催化反应器的多孔介质湍流模型，在催化反应器自由流动区域，采用标准K—s的湍流模型，研究了催化反应器扩张锥角、体积与长度、载体与涂层厚度等因素对压力损失的影响

7、。3、为改善尿素水溶液的雾化混合，设计了三种不同结构混合器，并针对两种典型工况进行了数值仿真分析。提出了基于试验测量点的均匀性指标。综合均匀性指标和压力损失，比较了仿真与试验的一致性，确定了优选结果。4、研究了柴油机SCR系统的反应机理及反应动力学模型，建立了基于瞬态吸解附反应的模型，分析了温度、空速对NH3的存储量及存储释放速度、氨氮比对氨气利用率的影响；同时分析了排气组分中N02的浓度、氧气浓度，水分浓度等对系统NOx转化效率的影响。5、研究了充气系数和喷油脉宽的初始MAP，结合发动机原机的排放MAP、

8、排气温度MAP、排气背压MAP、NOx转化率MAP，制定了基于开环控制的控制策略，分析研究了NOx生成速率和尿素水溶液喷射速率，结合试验，针对尿素水溶液温度、排气温度、催化剂储氨能力、氨氮比等影响因素对尿素水溶液的喷射量进行了修正。本文在柴油机Urea．SCR系统喷射雾化、催化转化以及控制策略等方面进行了深入研究，可为柴油机Urea．SCR系统提供设计依据和理论指导。关键词：柴油机：选择性催化还原：喷射雾化：催化转化：控制策略：数值仿真H博士学位论文AbstractTheimpactofNOxemissio

9、nsonhumanandenvironmentbecomesmoreandmoreseriouswithrapidlyincreasinguseofdieselengines．TheUrea—SCRsystemofdieselisamajorpost-processingdevicethatcanreducetheNOxemissionandmeetEuropeIVoraboveemissionregulatio