车用SCR混合器内流场数值模拟.pdf

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1、凌俊华刘忠民：车用SCR混合器内流场数值模拟33车用SCR混合器内流场数值模拟SimulationonPerformanceofSequentialTurbochargingDieselEnginewithInletandExhaustBypassSystem凌俊华刘忠民(杭州电子科技大学)[摘要]针对某公司新开发的SCR混合器，利用ANSYS14．0软件中的fluent模块对其内部流动特征进行了详细的分析。从仿真结果可以得出：新型SCR混合器的内流动特性相比传统陶瓷蜂窝结构有了明显的改善，不但压力损失降低了很

2、多，而且其内部速度分布和温度分布也比较理想。[关键词]SCR内流场数值模拟Abstract：ThedistributionuniformityofNH3inthemixerhasanimportantimpactontheNOXconversionefficiencyandthechemicalreactionprocessonthesurfaceofthecatalyst．TheflowmodelinthemixerofthenewSCRsystemiSestablishedwiththefluentsoft

3、wareandtheinfluenceofmixeronNH3distributioniSalsoresearched．Thesimulationresultsshowthatthenewstructureofthemix—erimprovegreatlythedistributionuniformityofNH3．Kevwords：selectivecatalyticreductionfSCR)；internalflowfield；numericalsimulation随着排放法规的13益严格，汽车尾气排放限

4、值也逐渐提高。为此，国内外都在研究应对汽车尾气排放法规的方案，尿素选择性催化还原技术Urea—SCR(Urea—selectivecatalyticreduction)可以有效降低柴油机尾气中氮氧化物的排放，与EGR技术相比，SCR改善了缸内的燃烧过程．提高了燃油经济性．同时其对燃油品质要求不高．因此在国内外都得到了广泛的应用。欧洲机动车排放组织(MPEG)认为Urea—SCR是柴油机满足欧Ⅳ和欧V排放法规最有前景的技术．因此选择性催化还原反应SCR逐渐成为了大家关注的焦点[121。本文利用计算流体动力学fCF

5、D)方法研究混合器内部的流动特性，从而为混合器结构优化、快速设计提供一定的指导。混合器内部的流动特性主要包括速度分布和压力分布两个方面，首先速度分布是衡量转化效率的重要指标。其次，较大的排气背压会严重影响发动机的动力性和经济性。因此利用仿真方法对某一款新型SCR混合器内流场进行分析评价具有重要的意义。1SCR的物理模型SCR混合器物理模型如图1和图2，与传统的陶瓷蜂窝模型相比。该混合器主要在以下2个方面进行了改进：图2内部旋流叶片几何模型1)、在尿素和空气混合的位置设计了旋流导流叶片，使空气和尿素产生绕催化器轴

6、线方向的旋转流，混合物在旋转离心力的作用下向排气口流动，避免混合物在轴线方向流量分布不均匀．导致尿素泄内燃机与配件2013年第12期露和氮氧化物的转化效率不高。2)、对催化器的各个部位的长度和断面直径尺寸进行了大量的优化设计，有利于其混合均匀．使其有足够的时间充分反应。从而更好地保证了氮氧化物的转化效率。2SCR内部流动模型本文假设SCR混合器内的排气为理想气体，即气流为不可压缩、定常流动。气体性质视为常数。将混合器内部的流动简化为绝热、无化学反应的三维稳态模型。2．1内部流动数学模型从构建的物理模型可以清楚的

7、看出，该结构的主要功用是把尿素和尾气在内部充分混合。由于混合气内的空气流速较高，所以混合器内部的流动状态一般都是湍流状态，像大多数流体流动一样均满足流体力学内的质量守恒定律和动量守恒定律，瞬时控制方程组有两部分组成，即由质量守恒方程和动量守恒方程组成。雷诺应力方程中也采用标准的一模型，参数按照软件中默认的参数设置。2．2建模及网格划分利用三维实体建模软件Pro／e建立了SCR的结构物理模型．并利用Hypermesh软件对该模型进行细致的网格划分。2．3求解方法在fluent中采用通用的设置算法。采用simple

8、半隐式算法进行迭代运算求解。2．4边界条件入口采用质量流量人口边界为0．17kg／s，以额定流量作为基准，分别以额定流量的80％，60％，40％，20％来模拟试验结果，温度为730K，湍流强度设置为0．05，湍流长度L为0．07D，D=0．07m，即0．0049m。出I：1采用压力出口边界条件，温度为300K，气体自然出流。湍流强度设置为0．05，湍流长度L为0．07D，即0．0049