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柴油机SCR后处理中尿素沉积物的机理研究
作 者: 楚向锋
导 师: 陈凌珊
学 校:
专 业: 车辆工程
关键词: 柴油机 Urea-SCR系统 尿素沉积物 机理研究 防治措施
分类号: TK421.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2014年
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内容摘要
本文对Urea-SCR系统中出现的尿素沉积物进行了研究,从化学反应的角度出发,探究Urea-SCR系统中的反应机理;引入化学反应动力学,研究尿素-氨转化过程中化学-传热学问题;再应用多相流体理论,研究尿素水溶液的气固多相流与传热传质过程的规律,寻求影响尿素沉积物生成的因素。利用这些影响因素,提出解决尿素沉积物生成的方案。具体研究内容分为以下三部分:第一部分尿素-氨转化机理研究首先,以小样试验的方式探究不同催化剂对纯尿素热解水解的影响,尿素热解水解的产物是HNCO和H2O;探究HNCO的水解机理,并分析不同催化剂对HNCO水解的影响。其次,在小样试验下,探究温度、尿素初始浓度和含氧量对尿素热解水解的影响,得出温度对尿素-氨转化过程中的重要性。第二部分尿素水溶液多相流模型研究对于尿素水溶液在Urea-SCR系统中的物理及化学变化过程,采用多个模型来模拟其变化过程;尿素水溶液喷雾过程模拟选用离散液滴模型,用Dukowicz模型来描述液滴蒸发过程,选择Huh-Gosman模型来描述尿素液滴的破碎,最后运用多相流N-S(Navier-Stokes)方程来耦合整个模型;对整个多相流模型运用AVL Fire软件进行仿真,从而进一步探究尿素-氨转化和多相流传质的整个微观过程,为尿素沉积物的形成和预防的研究提供理论依据。第三部分混合器对尿素沉积物的影响研究探究混合器对尾气的混合均匀度、排气背压、NOx转化效率和尿素沉积物的影响,并比较不同个的混合器(二阶混合器、蝶形叶片、网格状)对排气背压、NOx转化效率和尿素沉积物的影响。运用人工结晶试验的方法来验证影响尿素沉积物形成的因素,并通过改进尿素喷射系统、智能控制系统的排气温度和增加合适的混合器的方式来减少尿素沉积物的生成。
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全文目录
摘要 6-8 ABSTRACT 8-13 第一章 绪论 13-25 1.1 课题背景及研究意义 13-18 1.1.1 本文研究的背景 13-14 1.1.2 柴油机尾气生成机理及危害 14-16 1.1.3 排放法规概述 16-17 1.1.4 研究意义 17-18 1.2 Urea-SCR 技术的研究和应用现状 18-21 1.2.1 国外 Urea-SCR 技术的研究和应用现状 18-20 1.2.2 国内 Urea-SCR 技术的研究和应用现状 20-21 1.3 尿素沉积物的研究 21-22 1.3.1 尿素沉积物的组分及危害 21-22 1.3.2 尿素沉积物形成原因 22 1.4 课题来源及研究内容 22-24 1.4.1 课题来源 22-23 1.4.2 本文的研究内容 23-24 1.5 本文主要创新点 24 1.6 本章小结 24-25 第二章 降低 NOx 的 SCR 技术机理研究 25-31 2.1 SCR 反应原理 25-26 2.2 NH_3-SCR 反应过程和机理 26-27 2.2.1 反应过程 26-27 2.3 NH_3-SCR 反应机理研究 27-30 2.3.1 表面催化反应机理 28-30 2.4 本章小结 30-31 第三章 尿素-氨转化机理研究 31-45 3.1 纯尿素及尿素溶液热解水解机理研究 31-33 3.2 HNCO 水解机理研究 33-36 3.3 尿素热解水解的影响因素 36-42 3.3.1 温度的影响 37-39 3.3.2 尿素初始浓度的影响 39-40 3.3.3 含氧量的影响 40-42 3.4 尿素热解水解中其他反应 42-43 3.5 本章小结 43-45 第四章 尿素水溶液多相流模型 45-61 4.1 尿素水溶液液滴变化模型 45-51 4.1.1 尿素喷雾模型 45-47 4.1.2 尿素液滴蒸发模型 47-49 4.1.3 尿素液滴破碎模型 49 4.1.4 尿素成为气态的模型 49-51 4.2 模型数值模拟 51-57 4.2.1 AVL Fire 软件介绍 51-53 4.2.2 参数设置 53-56 4.2.3 设置边界条件 56 4.2.4 控制方程的选用 56-57 4.3 计算结果及分析 57-60 4.3.1 流场分析 57-58 4.3.2 喷雾主要参数变化 58-60 4.4 本章小结 60-61 第五章 混合器对尿素沉积物的影响研究 61-69 5.1 混合器结构 62-63 5.2 混合器对混合均匀度影响分析 63-65 5.2.1 混合指数 63 5.2.2 混合均匀度分析 63-65 5.3 排气背压分析 65-66 5.4 混合器对 NOx 转化效率影响分析 66-67 5.5 混合器对尿素沉积物影响 67-68 5.6 本章小结 68-69 第六章 人工结晶试验 69-77 6.1 柴油机台架系统 69-73 6.1.1 试验用柴油机(SC9DF375Q3) 71-72 6.1.2 测功机(CW440B-1500/6500) 72-73 6.2 尿素结晶试验 73-76 6.2.1 柴油机台架尿素沉积物试验 73 6.2.2 老化试验 73-74 6.2.3 尿素沉积物位置分析 74-76 6.3 本章小结 76-77 第七章 尿素沉积物影响因素分析 77-90 7.1 尿素喷雾 77-84 7.1.1 喷嘴位置 77-79 7.1.2 喷孔数目 79-81 7.1.3 喷嘴压力 81-84 7.2 管路尺寸 84-85 7.3 反应温度 85-86 7.4 空间流速 86-87 7.5 SCR 催化剂 87-88 7.6 本章小结 88-90 第八章 减少尿素沉积物的措施 90-91 第九章 总结与展望 91-93 9.1 全文总结 91-92 9.2 研究展望 92-93 参考文献 93-101 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果 101-102 致谢 102-103
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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 柴油机 > 理论 > 废气排放及净化
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