柴油機(jī)后處理裝置的流場仿真分析與優(yōu)化.pdf

1、隨著國內(nèi)汽車保有量的不斷增加，汽車污染物排放問題也日益突出，而柴油機(jī)NOX和PM的排放分別占汽車NOX和PM排放總量的70％和90％。因此，文中將多種柴油機(jī)后處理技術(shù)集成為一體共同作用，從而使柴油機(jī)排放滿足國V、國Ⅵ排放法規(guī)要求。
　　(1) DOC+SCR直筒型催化器系統(tǒng)的數(shù)值仿真模型的建立和分析。首先，通過分析DOC和SCR催化劑的結(jié)構(gòu)和工作原理，將其化學(xué)反應(yīng)模型進(jìn)行簡化，即只考慮尿素水溶液的分解反應(yīng)，并根據(jù)還原劑NH3的分布

2、情況提出一種計(jì)算NOX轉(zhuǎn)換效率的方法。在確定排氣流場屬性的基礎(chǔ)上確定DOC+SCR直筒型催化器系統(tǒng)的數(shù)值計(jì)算模型。以發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)為基礎(chǔ)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定初始條件和邊界條件，建立DOC+SCR直筒型催化器的三維數(shù)值仿真模型。通過對比數(shù)值仿真計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，并得出結(jié)論:該結(jié)構(gòu)的催化器具有良好的流速均勻性，在出口端收縮管段的壓力損失較大，DOC和SCR催化劑之間采用等徑直筒型混合器連接，雖然使還原劑混合段的壓降較小，但同

3、時造成還原劑的混合效果不佳，均勻性較差。
　　(2) DOC+SCR直筒型催化器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)?；趯OC+SCR直筒型催化器系統(tǒng)流場的進(jìn)一步分析，提出將出口端單排氣管改進(jìn)為雙排氣管的優(yōu)化方案，以降低由于出口端排氣流通截面突變引起的壓降。通過仿真結(jié)果顯示:改進(jìn)為雙排氣管后，特定工況下催化器系統(tǒng)壓降由9.98kPa減小至8.60kPa，催化器結(jié)構(gòu)因素引起的壓降由2.98kPa降低至1.60kPa。同時，在混合器內(nèi)腔加裝混合葉片

4、，并分析葉片的數(shù)量和安裝位置對流場的影響。計(jì)算結(jié)果表明:加裝混合葉片后，還原劑NH3在SCR催化劑入口截面的分布均勻性得到有效改善，并且安裝位置靠前的方案中還原劑分布均勻性更好，葉片數(shù)量對還原劑的混合效果也略有影響，8片葉片比12片葉片的混合效果更好。通過對混合器的優(yōu)化后得到的SCR入口截面還原劑NH3均勻性指數(shù)可達(dá)到93.45％，在特定工況下NOX轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到92.87％。同時，分析還原劑所需的最短混合距離，給后續(xù)的設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)性

5、意見。
　　(3) DOC+DPF+SCR箱式催化器系統(tǒng)的仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)。將DOC、DPF、SCR三種主流的柴油機(jī)后處理催化劑技術(shù)集成為箱式結(jié)構(gòu)，并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過仿真分析得出:由于初始方案的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理造成較大的壓損和較差的速度分布均勻性。通過優(yōu)化改進(jìn)催化器系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，最終使箱式催化器系統(tǒng)的壓損降低53.52％，同時，各催化劑入口的速度分布均勻性得到較大提升。該方案的設(shè)計(jì)為柴油機(jī)面臨即將推行的國Ⅵ排放法規(guī)提供了可行性