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柴油机尿素SCR混合器设计与仿真研究

作　者: 曾裕
导　师: 陈凌珊
学　校:
专　业: 车辆工程
关键词: 柴油机 SCR CFD 混合器
分类号: U464.172
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

SCR技术中不合理的尿素喷射过程中会存在氨气泄漏与尿素结晶问题，前者会导致二次污染和原料浪费，后者会导致原料浪费并造成排气管堵塞，二者都会降低NOx的转化效率。本文主要设计了一款安装在排气管上的混合器，以此来提高尿素水解成氨气后在排气管中与柴油机尾气的混合程度。全文主要从理论介绍和仿真研究两方面开展工作。理论介绍方面，主要介绍了柴油机SCR系统的结构组成和技术原理、SCR尿素喷射技术的国内外发展状况，重点阐述了SCR尿素喷射影响因素、CFD相关理论基础介绍。仿真研究方面，主要围绕排气管中混合器的设计方案进行仿真。对原排气管进行了CFD仿真分析，以探寻排气管中混合气体的分布规律；.以柴油机十三工况试验为依据，对不同工况下的原排气管进行了CFD仿真，以探寻不同工况对混合气体的分布的影响规律；再对增加混合器后的排气管进行了CFD仿真，分析了不同叶片数目、不同叶片形状、不同混合器安装位置等三种情况，以探寻增加混合器对混合气体分布的影响规律。综合本研究的研究成果可知，采取叶片数目为3、叶片形状为弯曲叶片、安装位置离喷嘴距离为100mm左右的混合器是本次研究的最佳方案。本文的仿真研究为SCR系统排气管中混合器设计提供了依据。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-21
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 柴油机氮氧化物生成机理与危害  12-13
    1.2.1 柴油机氮氧化物生成机理  12
    1.2.2 柴油机尾气中氮氧化物的危害  12-13
  1.3 车用污染物排放标准  13-14
  1.4 柴油机排放控制技术  14-16
  1.5 柴油机SCR尿素喷射技术国内外研究状况  16-19
    1.5.1 SCR尿素喷射技术国外研究状况  16-18
    1.5.2 SCR尿素喷射技术国内研究状况  18-19
  1.6 研究内容  19-20
    1.6.1 理论介绍  19
    1.6.2 仿真研究  19-20
  1.7 本章小结  20-21
第二章 SCR尿素喷射技术原理  21-29
  2.1 SCR系统构成  21-22
  2.2 SCR系统还原剂  22-24
    2.2.1 烃类物质  22-23
    2.2.2 氨气  23
    2.2.3 尿素水溶液  23-24
  2.3 柴油机SCR化学反应  24-26
    2.3.1 SCR基本方程  24-26
  2.4 SCR尿素喷雾影响因素研究  26-28
    2.4.1 工况的影响  26
    2.4.2 湍流与涡流的影响  26-27
    2.4.3 喷嘴的影响  27-28
  2.5 本章小结  28-29
第三章 CFD模拟理论基础  29-43
  3.1 计算流体动力学简介  29-30
    3.1.1 计算流体动力学概述  29-30
    3.1.2 计算流体动力学发展  30
  3.2 Fluent软件介绍  30-32
  3.3 流体动力学的控制方程  32-34
    3.3.1 质量守恒方程  32-33
    3.3.2 动量守恒方程  33-34
    3.3.3 能量守恒方程  34
    3.3.4 组分质量守恒方程  34
  3.4 微分方程离散求解  34-37
    3.4.1 离散化基本思想  34-35
    3.4.2 离散化求解原则  35-36
    3.4.3 离散化方法分类  36-37
  3.5 离散方程的求解方法  37-38
    3.5.1 耦合式求解法  37
    3.5.2 分离式解法  37-38
  3.6 湍流模型及其控制方程  38-40
    3.6.1 标准kε模型  39-40
  3.7 边界条件简介  40-42
  3.8 本章小结  42-43
第四章混合器设计与CFD仿真  43-58
  4.1 概述  43-46
    4.1.1 几何模型的建立  43
    4.1.2 网格划分  43-44
    4.1.3 计算模型选择  44-45
    4.1.4 混合指数  45-46
  4.2 排气管CFD仿真分析  46-47
  4.3 不同工况原排气管CFD仿真分析  47-49
  4.4 安装混合器排气管CFD仿真分析  49-51
  4.5 不同混合器安装位置排气管CFD仿真分析  51-53
  4.6 不同混合器叶片数目排气管CFD仿真分析  53-54
  4.7 不同混合器叶片形状排气管CFD仿真分析  54-56
  4.8 压力损失分析  56
  4.9 本章小节  56-58
第五章总结与展望  58-60
  5.1 主要成果  58
  5.2 研究展望  58-60
参考文献  60-63
攻读硕士学位期间发表的学术论文  63-64
致谢  64-65

柴油机尿素SCR混合器设计与仿真研究

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