柴油機(jī)尿素SCR催化器數(shù)值模擬及結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究.pdf

1、尿素SCR(Selective Catalytic Reduction)技術(shù)已成為目前降低柴油機(jī)NOx排放的重要手段。SCR催化器作為SCR系統(tǒng)的重要組成部分，它的結(jié)構(gòu)對(duì)SCR系統(tǒng)性能有重要影響。催化器結(jié)構(gòu)參數(shù)主要通過(guò)試驗(yàn)確定，缺乏系統(tǒng)優(yōu)化，很難同時(shí)兼顧NOx轉(zhuǎn)化率與壓力損失。為此，本文采用數(shù)值模擬的方法，研究了SCR系統(tǒng)NOx轉(zhuǎn)化率及壓力損失的影響規(guī)律，并對(duì)催化器載體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要研究工作和創(chuàng)新之處如下：
　　 (1

2、)采用SCR催化器單孔道一維簡(jiǎn)化模型，研究了催化器載體結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)SCR系統(tǒng)NOx轉(zhuǎn)化率及壓力損失的影響規(guī)律。結(jié)果表明，橫截面積大、長(zhǎng)度短、壁厚較薄的催化器載體，SCR系統(tǒng)性能較好；目數(shù)、涂層厚對(duì)SCR系統(tǒng)性能的影響較復(fù)雜，它們的變化使NOx轉(zhuǎn)化率及壓力損失相互矛盾，相互制約。
　　 (2)根據(jù)拉丁超立方選取的樣本點(diǎn)，建立了催化器載體的二次多項(xiàng)式及Kriging近似模型。對(duì)兩近似模型的擬合精度進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明Kriging模

3、型的近似結(jié)果稍好于二次多項(xiàng)式模型，可以在優(yōu)化計(jì)算過(guò)程中較好的替代復(fù)雜耗時(shí)的數(shù)值模擬計(jì)算。
　　 (3)以較高的NOx轉(zhuǎn)化率及低壓力損失為優(yōu)化目標(biāo)，以催化器載體體積、載體長(zhǎng)度、目數(shù)、壁厚、涂層厚5個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，采用改進(jìn)的多目標(biāo)遺傳算法NSGA-Ⅱ(non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ)對(duì)建立的Kriging近似模型進(jìn)行了優(yōu)化分析，優(yōu)化結(jié)果經(jīng)數(shù)值模擬計(jì)算驗(yàn)證，NOx的轉(zhuǎn)化率可以達(dá)