利用SIAR-CD对重型柴油机SCR系统进行布置优化剖析
重卡柴油机SCR系统设计及分析开题报告
SCR系统总体布置、管路、零部件设计；传感器、执行器选型设计。需要对系统进行定量分析时，要进行初算，得出技术经济数据的估计值。时间一般为3周
画系统图: 根据上步确定的系统，进行毕业设计的总体设计，如机械系统原理图、控制系统原理框图、软件系统框图等的设计与规划。时间一般为3周。
[5]刘丙善.Urea_SCR排气后处理系统在重型柴油机中的应用［D］.武汉理工大学.2006，（3）:6-10.
[6]李国祥，佟德辉.H2O 和SO2 在NH3 选择性催化还原NOX 过程中的影响［J］.内燃机工程，2008，（3）:56-63.
[7]林克衡.柴油引擎氮氧化物防治技术SCR(urea)系统之介绍［J］.车辆研测资讯，2006，（9）:2-8.
3.1 主要问题及解决问题的思路与方法
a)与所选催化剂有关：适合SCR系统的催化剂主要有Pt、沸石、V2O5-WO3/TiO2，它们的最佳应用温度范围不一样，从而影响对NOx处理的速度。
b)NH3与NOx物质的量的比：不同NH3/NOx比例下NOx的转化率和NH3的滑失量之间有关系，NH3的滑失量最好控制在当NH3/NOx比例为5～10*10-6之间。同时，它与氨气泄露有关。
六、指导教师意见
1．对开题报告的评语
开题报告内容较详细，对毕设任务比较明确，有了初步的设计方案。
2．对开题报告的意见及建议
同意开题！进一步查阅资料，掌握研究方法，按进程安排开展毕业设计。
指导教师（签名）：xxx
2015年4月2日
所在学院审查意见：
符合毕业设计开题要求，同意开题。
负责人签字(盖公章)
SCR系统
利用STAR-CD对重型柴油机SCR系统进行布置优化图1 SCR系统原理图尿素选择性催化还原系统（SCR）是未来降低重型柴油机的NOX排放的一种有效方式。
利用计算流体力学软件STAR-CD来模拟混和管中尿素水溶液的喷雾情况，通过计算优化排气管道形状以及喷射位置和喷射角度，避免尿素水溶液撞壁出现沉积，堵塞管路。
20世纪90年代以来，世界各国对发动机排放法规的不断严格，大大推动了发动机技术的发展。
我国从2008年7月１日起全面实施国Ⅲ排放法规，2010年1月1日将要实施国Ⅳ排放法规。
目前，国内的几家大型柴油机厂大都通过机内净化降低碳烟，然后利用SCR系统降低NOX排放的方法来满足国Ⅳ排放法规对碳烟和NOX的限制。
图2 SCR系统网格和边界条件位置图SCR系统包括：尿素水溶液储罐、输送装置、计量装置、喷射装置、催化器以及温度和排气传感器等。
系统的基本工作原理是（见图1）：尾气从涡轮出来后进入排气混和管，在混和管上安装有尿素计量喷射装置，喷入尿素水溶液，尿素在高温下发生水解和热解反应后生成NH3，在SCR系统催化剂表面利用NH3还原NOX，排出N2，多余的NH3也被还原为N2，防止泄漏。
一般情况下，消耗100L燃油的同时会消耗5L液体尿素水溶液。
在SCR中发生的化学反应如下：尿素水解：（NH2）2CO+H2O→2NH3+CO2NOX还原：NO+NO2+2NH3→2N2+3H2ONH3氧化：4NH3＋3O2→2N2＋6H2O在SCR系统中发生的复杂的物理和化学反应包括：尿素水溶液的喷射、雾化、蒸发、尿素的水解和热解气相化学反应以及NOX在催化剂表面与NH3发生的催化表面化学反应。
利用数值模拟研究这些过程，可以优化混和管路的设计和尿素喷射装置的布置，从而优化SCR系统的布置，预测催化效率，减少试验成本。
图3 在某一位置不同的喷射方向本文介绍了在某重型国Ⅳ柴油机的开发过程中，利用CFD工具对管道的几何形状、尿素喷射装置的位置及喷射角度进行优化设计，从而保证在混和管路不出现粒子撞壁后的结晶。
降低柴油机NO排放的SCR系统控制策略研究
降低柴油机NO排放的SCR系统控制策略研究一、概述随着全球环保意识的日益增强，柴油机排放控制已成为当前内燃机领域的研究热点。
氮氧化物（NOx）作为柴油机排放的主要污染物之一，其减排技术的研究与应用具有重要意义。
选择性催化还原（SCR）技术作为目前最有效的柴油机NOx减排手段之一，已经得到了广泛应用。
本文旨在深入研究降低柴油机NOx排放的SCR系统控制策略，通过优化控制算法和参数设置，实现NOx的高效减排。
SCR系统通过向柴油机排气中添加尿素水溶液，在催化剂的作用下将NOx还原成无害的氮气和水。
SCR系统的性能受到多种因素的影响，如尿素喷射量、催化剂活性、排气温度等。
制定合适的控制策略对于保证SCR系统的减排效果至关重要。
近年来，随着电子控制技术的发展和智能化水平的提高，SCR系统的控制策略也在不断更新和优化。
传统的开环控制策略虽然简单易行，但难以适应柴油机工况的复杂变化。
闭环控制策略能够根据实时排放数据调整尿素喷射量，实现更精确的NOx减排。
基于模型的预测控制策略以及基于机器学习的智能控制策略也在逐步应用于SCR系统中，以提高系统的鲁棒性和自适应性。
本文将对现有的SCR系统控制策略进行梳理和分析，针对柴油机不同工况下的NOx排放特点，提出一种基于实时排放数据和催化剂活性预测的闭环控制策略。
通过仿真和实验验证，评估该控制策略在降低柴油机NOx排放方面的性能和效果，为实际应用提供理论依据和技术支持。
1. 柴油机NO排放问题的严重性《降低柴油机NO排放的SCR系统控制策略研究》文章段落：柴油机NO排放问题的严重性柴油机作为重要的动力源，在各类车辆及非道路机械领域发挥着举足轻重的作用。
随着工业化进程的加快，柴油机排放问题日益凸显，其中氮氧化物（NOx）的排放尤为引人关注。
柴油机排放的NOx中，NO占据绝大多数，虽然NO本身无色无味且毒性相对较小，但其在高浓度时仍会对人体神经中枢造成损害，甚至导致瘫痪和痉挛。
车用柴油机SCR喷射系统的设计及研究
车用柴油机SCR喷射系统的设计及研究车用柴油机SCR喷射系统是一种通过尿素水溶液喷射来实现经济性和环保性的技术，可以大幅度降低氮氧化物（NOx）的排放量。
本文将介绍车用柴油机SCR喷射系统的设计及研究。
首先，该系统由SCR催化剂、尿素水溶液喷嘴、尿素水溶液储存罐及电控系统组成。
其中，SCR催化剂位于尾气处理系统的后段，主要作用是将NOx与尿素水溶液在恰当的温度下催化还原为无害的氮气和水蒸气。
其次，尿素水溶液喷嘴安装在SCR催化剂的前沿，由电控系统控制喷嘴的喷射时间和量。
这样，当发动机运行时，在SCR催化剂中形成了一定量的NOx后，系统便能够根据车辆的运行状态和路况实时供应适量的尿素水溶液，使其在SCR催化剂上与NOx发生反应。
最后，尿素水溶液储存罐是尿素水溶液的存储和供应装置，储存罐的大小和容量因车型和制造商而异。
电控系统则可以自动检测尿素水溶液的容量和质量，为车主提供及时的提醒。
该系统的研究包括喷嘴设计、尿素水溶液的热稳定性、尿素水溶液对系统组件的腐蚀性以及系统对发动机性能的影响等方面。
为了实现技术上的进步和推广应用，需要解决系统的稳定性和可靠性问题，并提高系统的制造工艺和设计水平。
综上所述，车用柴油机SCR喷射系统是一项十分有用的技术，其能够在不影响发动机性能的情况下大幅度降低氮氧化物的排放量。
未来，我们可以通过更加精细的设计和更高的制造水平来不断推进该技术的发展，为更加环保的出行提供更好的保障。
在车用柴油机SCR喷射系统的研究和设计中，喷嘴的设计显得尤为重要。
合适的喷嘴能够确保尿素水溶液均匀地分散到催化剂表面，从而保证反应的充分进行。
此外，喷嘴的尺寸和形状也会直接影响到喷射效率和稳定性，因此在设计时需要进行全方位的考虑和测试。
尿素水溶液的热稳定性也是研究的重点，因为该溶液需要在高温下被喷射出来。
在气候闷热或者高海拔环境下，高温会导致溶液分解，产生悬浮在空气中的尿素晶体。
这种情况不仅会降低喷射效率，还会对发动机的性能产生负面影响。
重型柴油机SCR系统尿素喷射控制策略研究
3、尿素溶液浓度不稳定：尿素溶液的浓度对SCR系统的性能有着重要影响。 浓度过高可能导致催化剂中毒；浓度过低则会使还原效果下降。
4、缺乏综合优化策略：现有控制策略往往针对某个或某几个方面进行优化， 缺乏综合考虑各因素的综合优化策略。
4、缺乏综合优化策略：现有控 制策略往往针对某个或某几个方 面进行优化
本研究对柴油机SCR尿素喷射系统进行了开发及试验研究。结果表明，优化 后的SCR尿素喷射系统在提高NOx转化效率的同时，降低了尿素溶液的消耗量。该 系统的应用将有助于降低汽车尾气排放，提高柴油机的环保性能。在今后的研究 中，我们将进一步探讨尿素喷射系统的智能化控制技术，以实现更加精准的尿素 喷射控制。
将SCR与DPF系统集成在一起，不仅可以降低氮氧化物排放，还可以有效控制 颗粒物的排放。集成后的系统结构更加紧凑，工作原理也更加复杂。在 SCR反应 过程中，尾气中的氮氧化物在催化剂的作用下被尿素还原成无害的氮气和水蒸气。 同时，DPF系统通过过滤器捕集尾气中的颗粒物，从而降低尾气中的颗粒物排放。
4、综合优化控制策略：综合考虑尿素喷射量、喷射时刻、尿素溶液浓度等 多种因素，借助先进的优化算法，如遗传算法、模拟退火算法等，制定综合优化 控制策略，提高SCR系统的性能和稳定性。
参考内容
随着全球环保意识的不断提高，降低柴油机的排放污染成为了重要的研究课 题。其中，选择性催化还原（SCR）技术是一种有效的降低柴油机氮氧化物（NOx） 排放的手段。本次演示将着重研究重型柴油机SCR尿素喷射的控制策略，以期为 降低柴油机排放提供理论支持。
重型柴油机SCR系统尿素喷射控 制策略研究
01 引言
03 问题阐述
目录
02 背景 04 参考内容
引言
随着全球环境保护意识的不断提高，降低柴油机排放污染物的需求日益迫切。 重型柴油机作为一种重要的动力设备，其排放控制至关重要。SCR（Selective Catalytic Reduction）系统是一种有效的尾气排放控制技术，通过尿素喷射将 氮氧化物（NOx）还原为无害气体。然而，尿素喷射控制策略的研究对SCR系统的 性能和稳定性具有重要意义。
重型柴油机SCR系统布置优化设计
ｔｅｃ ｎ ｅ ｔａｉｎ ｄｓ ｂ ｔ ｎｏ ｅｅ ａ ｏ ｉ ｄｕ ｅ ｈ ｏ ｃ ｎｒｔ ｉ ｒ ｕｉ ｆ ｈ ｖ ｐ ｒ ｅ ｒａ—ｗａｅ ｔ ｉｉｇＣ Ｄ ｏｓ ｔ ｒｏ ｔ ｚ ｔ ｎｏ ｏ ｔ ｉ ｏ ｔ ｚ ｔｒ ｉ ｚ Ｆ ｔ ｌ．Ａｆ ｐ ｉ ａｉ ｆ ｕｌ ｎ ｏ ｅ ｍｉ ｏ
２１ ００年第 ４期 （ 总第 １８期 ） １
内燃 机 与 动 力 装 置
ＩＣ Ｅ＆ Ｐｗ ｒｌ ｔ ．． ｏｅ ａ ｐｎ
２１ ００年 ８月
【 设计技术 】
重 型柴 油机 Ｓ Ｒ系统 布置 优 化设 计 Ｃ
余 皎， 王 军 ， 德辉 佟
（ 柴动 力股份 有 限公 司 技 术 中心 ， 东 潍 坊 潍 山
Ｔｈ ｓｐ ｐｅ ｒ ｓ ｎ ｓａ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｏ ｐ ａ ｔ ｍｉａｉ ｎ ｏ ｅ ｉ ａ ｒｐ ｅ ｅ ｔ ｉ ｌ ｔ ｆｔ ｓ ｒ ｙ ａｏ ｚ ｔ ｆｕｒ ａ— ｗａｅ ｏｕ ｉｎ ｏ ｈｅ ｏ ｔｒｓ ｌ ｔｏ ｓ，ｔ ｅ ｍｏ ｉｎ ｏ ｒ ａ ｈ ｔｏ ｆｕ ｅ
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SCR技术在柴油机尾气后处理上运用探究
SCR技术在柴油机尾气后处理上运用探究摘要：现阶段，大气污染问题越来越严重，尾气排放所带来的污染问题也成为了有关部门关注的焦点。
针对于柴油机的尾气排放，相关部门也出台了相关的政策法规进行规范和限制。
因此为了契合于国家规定的排放要求，必须要全面推广柴油机尾气后处理技术。
从当前技术发展与应用情况来看，选择性催化还原技术（SCR）是当前应用范围最广泛的尾气后处理技术。
这种处理技术的性价比非常高，能够对柴油机的排放进行精准控制，与传统的EGR技术相比有着明显的优势。
鉴于此，下文中将对该技术的具体应用进行详细介绍。
关键词：SCR技术；柴油机；尾气后处理引言现阶段，在社会经济发展水平不断提升的情况下，我国的汽车保有量持续上升，汽车市场也由此实现了飞速发展。
无论是在生产和日常生活中，汽车都为我们带来了极大的便利，在经济发展当中，汽车扮演着不可获取的重要角色。
但是在汽车全面普及的情况下，其尾气排放所带来的污染问题也是不容忽视的。
汽车尾气当中主要的污染气体为NOx以及其余一些燃烧不充分的气体，对于柴油发动机来说，在尾气排放处理上也是主要针对于NOx气体，通过相应的技术进行处理。
目前，SCR技术是柴油发动机尾气后处理应用非常广泛的一种技术，下文中笔者将对该技术进行详细的分析与论述。
一、EGR技术概述在SCR技术没有全面普及之前，柴油机尾气排放处理技术主要使用的是EGR技术。
EGR技术同样是减少尾气当中NOx的排放，其主要原因就在于废气当中的二氧化碳。
发动机当中排出来的废气在进气管中和其他气体进行混合，之后进入到气缸当中进行燃烧。
由于废气当中的二氧化碳成分无法完全燃烧，降低了氧气在混合气体当中的占比，进而减少NOx的生成。
EGR 技术的核心在于让废气再次参与燃烧以减少NOx的生成，但是废气与燃料的混合会导致燃料气体的成分发生改变，进而增加了很多不确定因素，影响发动机的正常工作。
随着技术的不断发展与进步，EGR技术开始逐渐被淘汰，更先进的SCR技术成为了柴油机尾气后排放的主要应用技术。
SCR技术在柴油机尾气后处理上的应用要点
(2014-2015学年第2学期) XXXX大学研究生课程论文课程论文题目：SCR技术在柴油机尾气后处理上的应用课程名称内燃机燃烧与排放控制课程类别□学位课□非学位课任课教师XXX所在学院车辆工程学院学科专业车辆工程姓名XX学号提交日期2015年5月11日目录摘要 (2)1.引言： (2)2.目前柴油机排放污染物的控制技术路线 (3)2.1EGR+ DPF 路线 (3)2.2优化燃烧+SCR 路线 (3)3.柴油机SCR技术及其发展 (4)3.1国外柴油机SCR 技术的研究与应用现状 (4)3.2国内柴油机SCR 技术的研究与应用现状 (4)4柴油机SCR技术的实现 (5)4.1 SCR技术 (5)4.2SCR关键技术的发展 (7)4.2.1催化转化器 (7)4.2.2尿素喷射系统 (8)5.SCR后处理系统对柴油机颗粒物成分的影响 (9)6.发展前景 (10)参考文献 (10)SCR技术在柴油机尾气后处理上的应用摘要：随着人们对环境问题的关注，排放法规日益严格，对重型柴油机排放控制技术的研究具有重要意义。
在欧洲，“优化燃烧+选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，简称SCR）”的排放控制技术以其燃油经济性好、抗硫中毒能力强等优点，已成为重型柴油机满足欧IV欧V排放标准的主流技术路线。
在我国，随着国IV国V排放法规的推进，SCR 技术也正在成为国内发动机排放技术研究的一大热点。
为了提高SCR系统的控制性能，开发满足国V排放法规的SCR系统。
本文首先对目前柴油机排放污染物的控制技术路线进行分析，对1EGR+ DPF 路线和优化燃烧+SCR 路线进行了阐述，并探究了柴油机SCR技术在国内外的研究和发展情况。
而后有针对性的对SCR技术以及其系统中关键技术进行分析。
文章最后，对目标发动机进行实验，采用欧洲瞬态循环（ESC）技术，通过气相色谱质谱联用仪、电感耦合等离子体质谱仪、离子色谱仪对安装了SCR后处理系统前后的排气颗粒物成分包括SOF、重金属、阴离子进行了实验分析。
柴油发动机中SCR技术应用分析
柴油发动机中SCR技术应用分析摘要：随着环保意识的日益增强，传统柴油发动机排放问题逐渐凸显。
选择合适的排放控制技术，成为了有效解决柴油发动机排放问题的关键所在。
本文以SCR技术为研究对象，对其在柴油发动机中的应用进行了详细分析和探讨。
通过对SCR技术原理、工作过程、性能特点等方面的剖析，深入分析了SCR技术在降低柴油发动机排放物排放、提高燃油利用率、延长发动机使用寿命等方面的优势。
关键词：柴油发动机；SCR技术；排放控制；性能特点前言：近年来，全球各国对大气污染问题的重视程度越来越高，为了保护环境和人类健康，各国纷纷制定了相应的环保法规和标准。
SCR技术是一种目前较为先进、效果突出的柴油发动机排放控制技术。
它通过将还原剂尿素喷入尾气中，使其中的NOx得到还原和转化，从而降低排放量。
目前，SCR技术已广泛应用于柴油汽车、柴油发电机组等领域，取得了良好的效果。
本文将对SCR技术在柴油发动机中的应用进行详细分析和探讨，以期为相关领域的研究和应用提供参考依据。
1SCR技术原理及工作过程SCR技术全称为selective catalytic reduction，即选择性催化还原技术。
它是一种利用还原剂将尾气中的NOx还原为N2和H2O的技术。
其中，NH3或尿素是常用的还原剂。
SCR技术原理中最主要的部分是催化剂，其作用是在适当的温度下，将还原剂和NOx分别吸附在表面上，促使它们进行反应。
反应后产生的产品N2和H2O排放到大气中，不会对环境造成二次污染。
SCR技术工作过程通常需要两个步骤。
第一步是进行积炭清除，以保证催化剂表面干净，有利于下一步的反应。
第二步是进行SCR反应，具体过程如下：1. 在柴油发动机燃烧后的尾气中加入还原剂，通常为尿素水溶液。
2. 尾气和还原剂混合后进入催化器，在催化剂表面上吸附。
3. 催化剂表面的NOx与还原剂发生反应，生成N2和H2O。
其中，尿素会在还原剂中分解成NH3和CO2，再与NOx反应生成N2和H2O。
利用STARCD对重型柴油机SCR系统进行优化布置
利用STAR-CD对重型柴油机SCR系统进行布置优化Configuration Optimization of the SCR System fora Heavy Duty Diesel Engine Using STAR-CD余皎(潍柴动力技术中心)摘 要:尿素选择性催化还原系统（SCR）是未来降低重型柴油机的NOx排放的一种有效方式，SCR 系统在高催化效率下的正常运行是满足排放法规的关键因素,在SCR系统设计中,需要优化布置SCR 载体入口前排气混和管的结构及尿素喷射装置的喷射位置和喷射角度等。
利用计算流体力学软件STAR-CD来模拟混和管中尿素水溶液的喷雾情况，对不同排气温度和排气流量下液滴的运动，水溶液蒸发后水蒸气的浓度分布进行了计算，优化排气管道形状以及优化喷射位置和喷射角度，从而避免尿素水溶液撞壁出现沉积，堵塞管路。
同时对SCR载体内的流动性能进行计算,保证排气在载体入口的速度、发应物浓度分布均匀，实现高的催化效率。
关键词:柴油机；STAR－CD；SCR；混和管；优化设计Abstract The selective catalytic reduction (SCR) based on urea water- solution is an effective technique to reduce NOx emitted from diesel engines. However, there are two issues have to be resolved to ensure high NOx conversion efficiency with SCR. The first one is to have a uniform distribution on both the exhaust velocity and the ammonia concentration at the entrance of the SCR catalyst. And the second one is to minimize the urea deposition on the exhaust pipe wall caused by urea water impingement. Besides, the pressure loss across the catalyst is a practical concern/issue for feasibility that has to be addressed.In this paper, CFD code STAR-CD is applied to simulate the flow field inside the exhaust pipe. There are few physical models employed to account for the injection of the urea spray, whichincludes atomization, droplet breakup, droplet evaporation, liquid film formation and turbulent mixing. The SCR catalyst substrates and the perforated pipes used for this study are accounted for by a porous media model. The mixing is characterized by two parameters, velocity uniform index and the mass flux .And the objective of this study is to propose an optimized SCR system for a heavy duty engine.Key words: Diesel engine, SCR System, Optimization, STAR-CD1 简介20世纪90年代以来，世界各国对发动机排放法规的不断严格，大大推动了发动机技术的发展。
船用电喷柴油机SCR系统吹灰装置喷孔布置优化有限元分析
船用电喷柴油机SCR系统吹灰装置喷孔布置优化有限元分析随着环保要求的提高，船用电喷柴油机SCR系统的使用越来越受到重视。
在SCR系统中，吹灰装置是不可或缺的重要组件之一。
本文将对船用电喷柴油机SCR系统吹灰装置喷孔布置进行优化，并通过有限元分析验证优化结果的可行性。
首先，本文选取了一艘蒸汽动力船为研究对象，将船用电喷柴油机SCR系统安装在发电机排气管上。
然后，通过理论分析和实验测量，确定了SCR系统吹灰装置所需的气流量和喷口数量。
接着，本文对喷口布置进行了优化。
首先，将喷口分为内圈和外圈，内圈喷口用于清洁内部废气管道，外圈喷口用于清洁外部表面。
然后，将喷口设置成倾斜式布置，以达到更好的清洁效果。
在优化中还考虑了喷口之间的距离和角度，以充分利用气流和减小死角。
最后，本文使用有限元分析软件验证了优化结果的可行性。
通过模拟不同气流量和不同喷口布置条件下的吹灰效果，评估了喷口布置对吹灰效率的影响。
结果表明，优化后的布置方案可以提高吹灰效率，达到更好的清洁效果。
总之，本文对船用电喷柴油机SCR系统吹灰装置喷孔布置进行了优化，并通过有限元分析验证了其可行性。
该研究结果可以为船用电喷柴油机SCR系统的设计和开发提供参考。
相关数据分析是对收集到的数据进行统计分析和解释的过程。
在分析数据之前，需要明确目的和问题，确定数据来源和收集方式，以确保数据质量和可靠性。
本文将展示不同类型数据的分析方法和步骤。
1. 数值类型数据数值类型数据可以进一步分为连续型和离散型。
连续型数据是指在一定范围内取任一实数值，如温度、长度等；离散型数据是指只能取分立的数值，如人数、分数等。
针对不同类型的数据，可以选用不同的统计方法进行分析。
以下列出数值类型数据的分析方法和步骤：（1）描述性统计分析：包括均值、中位数、众数、标准差等，可以帮助理解数据的分布情况和集中趋势。
（2）假设检验：对两个或多个数据的差异进行统计显著性的判断。
例如，在海上驾驶员的工资研究中，可以将样本分成男性和女性两组，然后对比两组的平均工资是否存在显著差异。
关于对柴油发动机SCR后处理系统的研究
关于对柴油发动机SCR后处理系统的研究作者：胡亮来源：《速读·上旬》2015年第03期摘要：：SCR后处理系统是柴油发动机排气后处理技术的核心，合理设计后处理系统能对大气排放进行有效控制，以满足国家的排放法规，所以势在必行，刻不容缓。
关键词：柴油发动机；SCR；排放柴油发动机控制排放的物体主要包括NOx和PM[1]，其中NOx的排放需要通过SCR处理系统才能得以实现。
目前，为控制碳烟和NOx的排放，柴油发动机主要利用SCR处理系统以促使NOx排放的降低。
一、SCR处理系统（一）系统构成高压共轨柴油发动机的SCR系统包括：排气传感器、尿素水溶液储罐及计量、输送和喷射装置等。
SCR系统的作用主要是将排气中的NOx排除，它以尿素作还原剂，在催化剂的作用下可将NOx还原为氮气和水。
发动机的催化消声器内部装有消声器管路及SCR催化器，其表层不锈钢板下的隔热材料确保了对边面温度的控制。
尿素溶液储存罐用来进行尿素溶液的储存，其内部的化冰热交换装置通过柴油机冷却水的热量进行化冰。
粗滤器装在出液口内部可以避免喷射系统进入大于0.1mm的颗粒。
计量喷射泵总成由控制器与泵组成，控制器借助柴油机ECU通讯和CAN总线能够获取SCR系统内部各传感器的不同数值及发动机运行状态；泵则用于尿素溶液的输送。
计算柴油机工作状态下SCR系统尿素喷射量采用的是标定好的脉谱，其可以精确还原排气中的NOx成分。
由于受排空能力及吸力的限制，泵的进液口距镨底面平面和垂直距离不能超过10m和700mm。
尿素喷嘴的制成材料主要为不锈钢，安装于排气管上用于对尿素溶液的喷射。
通过尿素温度传感器，电控单元能够感应到尿素温度，在温度较低的情况下容易出现结冰，经由控制器则会将加热水电磁阀打开。
顺着管道流向热交换器和储存罐的柴油机冷却液就会迅速融化结冰。
（二）工作原理控制器（ECU）通电后，尿素计量泵开始运转并抽吸尿素溶液。
计量泵在前期的工作压力最大，压力的建立速度快，当泵腔压力至5bar时，由ECU闭环控制计量泵以保持泵腔压力，实现尿素喷嘴的喷射或冷却。
重型柴油机SCR系统的应用探讨
重型柴油机SCR系统的应用探讨作者：周健伟来源：《山东工业技术》2015年第08期摘要：重型柴油机应用的过程中，增加了环境保护的压力。
为了解决重型柴油机的环境问题，重型柴油机中采用减排SCR系统，通过此种方法提高重型柴油机节能降耗的水平，优化重型柴油机的运行环境。
SCR是指Selective Catalytic Reduction选择性催化还原技术，在重型柴油机运行中深化减排、环保的思想，因此，本文通过对重型柴油机SCR系统的催化还原进行研究，分析SCR在净化和降低废弃物的实践应用。
柴油机由于其动力性强，油耗低等优势在商用车辆上得到了广泛的应用。
随着人们环境保护意识的增强，国家环境保护力度的加强，由机动车尾气排放造成的污染问题也日益突出。
重型柴油车排放造成的PM和NOx尤为显著。
在满足国家环保法规的技术路线上，重柴采用SCR技术降低NOx是主要的技术手段之一。
关键词：重型柴油机；SCR系统；催化；还原面对日益严格的尾气排放标准，采用SCR技术在燃油经济性和降氮氧方面的优势凸显出来。
采用SCR技术路线的重型柴油机，主要先机内净化，以此来降低PM，同时采用SCR技术，降低NOx排放，，体现SCR系统的经济优势和效益，促进重型柴油机朝向节能、减排的方向发展。
1 重型柴油机SCR系统的开发SCR系统的在实际开发中，主要通过试验方法验证节能减排的效果，体现SCR系统在重型柴油机中的重要性，进而发挥SCR系统的应用优势。
1.1 硬件开发重型柴油机SCR系统的硬件有：转化器、尿素喷射系统、尿素箱等。
例举较为核心的硬件开发，如：（1）尿素溶液存储装置，其可贮存尿素溶液，控制尿素的温度，而且在存储装置的出口部分，安装粗滤器，以免粒径过大的尿素进入到喷射系统内，保障尿素喷射系统的安全性；（2）计量装置，其可在恒定条件下传输尿素溶液，计量装置用于控制尿素溶液的喷射启停；（3）尿素溶液喷射装置，其可分为尿素喷嘴、电磁阀两个部分，利用PWM控制电磁阀的状态，以此来实现尿素精确计量，将尿素与控制混合，成功送入到排气管内，实现均匀的尿素雾化；（4）控制器ECU，此部分实现了与重型柴油机的通讯，获得相关的状态信息，按照重型柴油机的实际需求，计算出雾化尿素的喷射量。
SCR技术在柴油发动机的应用浅谈
SCR技术在柴油发动机的应用浅谈【摘要】本文通过介绍选择性催化还原（SCR）技术的工作原理以及结构，具体分析了该技术在柴油发动机后处理应用的优点和缺点，并展望了SCR技术在柴油发动机应用上的发展趋势。
【关键词】柴油发动机；SCR技术；应用0.引言本文仅通过作者个人观点对SCR技术理解分析并对它的应用前景进行了展望。
随着社会发展，国家对柴油发动机尾气排放的规定越来越严格。
目前，国家限制的柴油发动机的尾气排放物主要有CO、HC、NOx、PM等。
根据我国的国Ⅳ法规规定，要求柴油发动机在ESC测试中，CO的排放量不得大于1.5g/（kW·h），HC的排放量不得大于0.46g/（kW·h），NOx的排放量不得大于3.5g/（kW·h），PM的排放量不得大于0.02g/（kW·h）；在ETC测试中，CO的排放量不得大于4.0g/（kW·h），NOx的排放量不得大于3.5g/（kW·h），PM的排放量不得大于0.03g/（kW·h）。
由于国家标准的不断提高，单纯地提高柴油机的性能已经无法满足排放法规，所以需要采取额外的措施来处理尾气。
目前社会普遍的技术路线有两种。
一种是废气再循环+颗粒捕捉器（EGR+DPF）技术，这种技术的优点是成本低，DPF过滤效率超过90%，缺点是油耗增加，对柴油的硫含量有一定要求，冷启动困难，工况不均衡；另一种是采用优化燃烧+选择性催化还原（SCR）技术，此方法可以降低5%-7%的油耗，对柴油的硫含量要求低，有害物质NOx的转化率大于70%，唯一的缺点是需要消耗尿素。
SCR技术可以节约燃油，而且我国的燃油品质不高，所以SCR技术较适合我国的情况。
本文将对SCR技术进行具体的分析，并对它的应用前景进行了展望。
1.尿素-SCR系统的工作原理和结构简介尿素-SCR系统是指安装在柴油发动机的尾气排放装置中，将柴油发动机尾气中的有害气体NOx催化还原成N2和H2O的一种装置。
基于模型的重型柴油车SCR后处理系统稳态控制策略研究
ｓ Ｃ Ｒ 尿 素喷 射 控 制 策 略 包 括 尿 素 系统 自诊 断 及控 制策 略和尿 素 喷射策 略两 大部 分 。尿素 系统 自 诊 断及控 制策 略主 要 功 能是 尿 素 泵 状 态 控 制 ， 根 据
尿素 泵 的诊断信 息进 行相 应 的诊断 控制 ］ 。
尿 素喷 射 策 略包 括 稳 态策 略 和 瞬态 策 略 ， 稳 态 的尿 素喷 射策 略是 基 础 策 略 ， 而 瞬 态策 略是 在 稳 态 策 略 的基 础上 对尿 素喷射 影 响 因素 的修 正 策略 。本 研究 基于 “ 八六 三” 课题“ 柴油 车后 处理 器 ＯＢ Ｄ及 匹
速 比 等 影 响 模 型 性 能 的 重要 参 数 ， 建 立 了模 型 控 制 的 ＭＡＰ 图和 数 学 计 算 方 法 。将 Ｓ Ｃ Ｒ 系统 进 行 了 台 架 试 验 ， 研
究了 Ｅ Ｓ Ｃ 工 况 下 Ｎ０ 浓度 变化 趋 势 。研 究 结果 表 明 ， 基 于模 型 控 制 策 略 的 Ｓ Ｃ Ｒ 系统 对 于 降 低 Ｎ０ 排 放 具 有 良好 的效果 ， 并 可 以达 到 国 Ⅳ排 放 法规 要 求 。
断， 并能 自行处 理相 关故 障 ］ 。基 于这些 考 虑 ， 本研
关键词 ： 选择性催化还原 ； 控 制策略 ； 排放 ； 模 型
Ｄ ＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ２ ２ ２ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ４ ． ０ ０ ２
中图 分 类 号 ： ＴＫ ４ ２ １ ． ５
文献 标 志码 ：Ｂ
文 章 编 号 ：１ ０ ０ １ — ２ ２ ２ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ０ ０ ６ — ０ ５
重型柴油机固体SCR技术分析
重型柴油机固体SCR技术分析摘要城市车辆的平均车速和负载相对较低，排气温度低，尿素SCR系统无法正常工作，尿素溶液SCR系统要使柴油车达到更高的排放标准具有一定的局限性。
开展固体SCR系统在重型柴油机上的基础理论研究，使柴油车达到更高的排放标准。
关键词柴油机；固体SCR；尿素SCR；温度Heavy Duty Diesel Engine Solid SCR Technology AnalysisLIU Ming（Southwest Forestry University，Yunnan Kunming 650224）Abstract The average vehicle speed and load of the urban vehicle are relatively low，the exhaust gas temperature is low，the Urea SCR system cannot work normally，and the urea solution SCR system has to make the diesel vehicle reach a higher emission standard with certain limitations. The basic theoretical research on solid-state SCR systems in heavy-duty diesel engines was carried out to achieve higher emission standards for diesel vehicles.Key words diesel engine；solid SCR system；Urea SCR；temperature前言由于SCR技术路线能使柴油机综合燃油经济性提升3%～5%，而且在使用钒基催化剂时，SCR技术对燃油硫含量不敏感，可以使用硫含量较高的柴油[1-2]；而EGR+DPF技术路线的燃油经济性稍差[3-4]，与国Ⅲ发动机相比，柴油机综合油耗增加2%～3%。
某柴油机SCR系统的设计计算与优化
某柴油机 SCR 系统的设计计算与优化徐华平 ,苏石川(江苏科技大学 船舶与海洋工程学院 ,江苏 镇江 212003 )摘 要 : 文中应用 S TAR - C D 对某型柴油机尾气 SCR 系统不同方案的流动和压力损失 、湍动能分布 ,以及对催化器内部不 同方案的化学反应进行了计算与分析 . 结果表明 :综合考虑催化结果和实际安装 , 4 种方案中第 2 种方案的效果较好 . 它为 同类柴油机采用 SCR 系统进行 NO X 的排放控制提供了参考 . 关键词 : 柴油机 ; SCR; NO X ;优化 文章编号 : 1673 - 4807 ( 2009) 06 - 0515 - 05 中图分类号 : TK421文献标志码 : AD e si g n and opti m i za t i on of S CR sy s te m of d i e s el eng i n eXu H uap ing, Su S h ichua n( Schoo l of N a va l A r ch itec tu re and O cean Enginee ring, J iangsu U n ive rsity of Sc ience and Techno logy, Zhen jiang J iangsu 212003 , Ch ina )A b s tra c t : A c co r d i ng t o the d i ffe ren t p l an s of ta i l ga s of p a rti cu l a r d i e s e l engi ne, ca l cu l a t i o n and ana l ysis on fl o w , p re ssu re l o ss, d istri bu ti o n of tu rbu l en t mo ti o n ene rgy, and chem i ca l reac ti o n i n the ca ta l yst we r e acc om 2 p lished by u si ng ST A R - C D. The re su lt show s tha t the second p l an is be tte r than o the r p l an s . SCR syst e m m a y p r ovi de refe rence s f o r NO X e m issi o n con t r o l of the sa m e k i nd of d i e s e l engi ne . Key word s : d i e s e l engi ne; se l ec t i ve ca t a l yti c reduc t i o n; NO X ; op ti m iz a t i o n2随着排放法规的日益严格 ,柴油机机内净化措 施已开始显得力不从心 ,必须要依靠柴油机排放后 处理技术来降低 NO X 和 P M 的排放 . 目前研究的柴 油机 NO X 后处理技术主要是 L N T 技术和 SCR 技 术 [ 1 ] ,其中以尿素水溶液 为还 原 剂的 选择 性 催化 还原技术 (U rea 2S CR ) 较为成熟 [ 2 ] . 欧洲重 型 汽车 协会宣布采用 U rea 2SCR 技术作为达到欧 Ⅳ以上排放法规的技术路线 [ 3 ]. 以 往的 研 究都 是着 重 研究 催化器内部的流动 , 本文 基 于 ST AR - C D 软 件和 系统内的化学反应模型对某四缸柴油机的尾气催 化器的 U rea 2S CR 系统进行了开发计算分析和设计 优化 ,为提高柴油机 SCR 系统的应用水平提供了 参考.C μ p κ μi =ε式中 ,μi 为湍流粘性系数; κ, ε分别为湍动能和湍 能消耗率 , 它们的流动方程分别为5u 5u i 5ki ip μκj =μi s ij - ρε - i+ pκ 5x - 5x j k jji 5u i 5u i ε ε 2 μi s ij 5x μi p μεj -= C ∈1κ - + 3 5x jj j j5u i ∈25u i p κ - C ∈2 p + C ∈4 p ∈5x i κ 5x i式中 , μeff =μ +μi C μ.112 载体内的流动模型假设载体单根管道内的气流为不可压缩流动 ,动量方程忽略对流项和扩散项 ,简化为1 计算数学模型及边界条件111 自由流动区域流动数学模型湍流输送方程 :采用标准的 κ - ε湍流模型计 算雷诺应力来封闭上述流动控制方程 , 即5p= - κ v ,κ =α| v | +β 5x ii i i i式中 ,κi 为渗透率 , 与当地速 度的 绝对 值 | v |成 正 比 ; α,βi 为经验常数. 113 边界条件某柴油机的主要性能参数如表 1.5u ip u i u j = - μi s ij + i + p κδij5x j 收稿日期 : 2008 - 10 - 14作者简介 : 徐华平 ( 1979 —) ,男 ,安徽安庆人 ,助教 ,研究方向为柴油机的优化设计与排放. E 2m a il: hf ***********μi 5 σε5x 55x μ σ 5x 5 5x江苏科技大学学报 (自然科学版 )516 第 23卷表 1 某柴油机的主要性能参数T a b l e 1 M a i n pa r am e t er s o f a d i e s e l e n g i n e目前采用的催化剂主要成分是 Ti O 2 和 V 2 O 5 ,其中 Ti O 通常作为催化器载体的成分 ,而对 NO 2 X 项目性能参数反应具有催化作用的活性成分一般为 V 2 O 5 . 国外4 (四冲程循环 )直喷式缩口135 mm56 k W /1 500 / r ·m in - 1- ( 28 ～31 ) °CA4 (四缸发动机 )16. 5 ∶1 140 mm363 N ·m /1 200r ·m in - 18 L工作循环燃烧室型式缸径标定功率 /转速 静态供油提前角缸数 压缩比 行程 最大扭矩 /转速气缸排量对催化剂成分中的 V O 所占比例进 行了 很多 的 2 5 [ 4 ] 试验 ,一般认为 3 %的含量比较合适 .计算时将催化剂的蜂窝载体作为多孔介质模 型来处理 . 假设载体单根管道内的气体为不可压缩 流动 ,据文献 [ 5 ] ,取蜂窝载体的孔隙率 λ = 0175; 渗透率的经验常数轴向 α = 0141,β = 2 073 ,径向和 周向设为 110 E5 , 即 在 载 体 中 气 体 只 沿 着 轴 向 流 动. 另外催化器的气体壁面边界假设为绝热 、无滑 动壁面 .根据国内外的研究实验结果 ,催化器催化剂整 体结构设计为蜂窝状圆柱形结构 ,圆柱直径待定 ; 在反应器内布有催 化 剂孔 , 催 化剂 孔 的结 构尺 寸 为 : 4615 目 / c m 2 ,孔的形状为正方形 ,每孔壁厚 h = 012 mm.根据催化器的空速比和载体的孔隙率以及尾 气的流量 ,得出催化剂圆柱直径与催化剂长度的关 系 ,选取 4组催化剂尺寸 ,直径与长度 (单位 : mm ) 分别为 200 ×600 , 250 ×390 , 280 ×310 , 300 ×270.催化器的设计工况设置在该柴油机标准工况 , 此工况下的入口边界条件 : 入口速度为 3715 m / s, 入口气体密度为 01554 9 kg /m 3 , 入口气体温度为706 K, 入口压力为 113 M P a, 流 量为 37913 kg / h , NO X 排放为 19105 g / k W ·h. 空速 S V 定义为每小时流过催化剂的排气体积流量与催化剂容积之比. 空速 GHSV 在设计催化器时是一项十分重要的参 数 ,它体现了在一般情况下反应器的体积容量 ,空 速的单位是 h - 1 ,计算公式为3VN GHSV =V C2 数值模拟结果与分析211 催化器内速度分布图数值模拟结果表明 ,流速分布的不均匀 ,径向的温度梯度增大 ,承受的径向温度应力增大 ,会降 低催化器的使用寿 命 [ 6 ] . 尾气 流速 分 布不 均也 会 造成 NO X 与 NH 3 的混合不充分 ,降低了脱除 NO X 的效率 .图 3 为不同尺寸催化器载体的催化器内速度 分布图和催化器载体前端 、中点端以及末端的速度 分布截面图. 从图中可以看出 ,当催化器的直径较 小时催化器内部的尾气流动比较均匀 ,直径较大时在催化剂的两头出现明显的漩涡 .方案 3 和方案 4中载体的流动开始出现分层 , 载体中心区域流速较高 ,外围区域流速低. 这样容 易造成中心区域的气流速度和温度较高 , 载体边 缘气流量较小 , 使载体催化剂在中心区域快速老 化 , 而在边缘区域催化剂不能充分利用. 这样既缩 短了催化转化器的使用寿命 , 又降低了转化效率. 另外流速分布的不均匀还会导致载体径向温度梯 度增大 ,产生较大热应力 ,使载体热变形和损坏的 可能性增大. 从方案 3 和方案 4 的结果可以得出 , 横向尺寸过大容易使横截面上的流速分布不均匀.33式中 , V N 是反应气的体积流量 , 单位为 是催化器的体积容量 ,单位为 c m 3 .cm / h ; V C本催化器的空速取 50 000 h - 1 . 出口设置为静 压边界条件 ,压力为一个标准大气压 .图 1是催化器的结构尺寸 ,图 2是对应的网格模 型. 扩张管锥角对催化器的流动均匀性和 NO X 转化[ 2 ] 有很大影响 , 90°时催化器的 NO X 转化率较好 .图 1 催化器的尺寸 (单位 : mm )F ig . 1 S i ze of a ca t a l y s t co n v er t er图 2 催化器风格模型F ig . 2 Gr id m ode l of a ca t a ly s t con v er t er第 6期 徐华平 ,等 : 某柴油机 S CR 系统的设计计算与优化 517a ) 方案 1b ) 方案 2c ) 方案 3d ) 方案 4图 3 速度分布图F ig . 3 Ve l oc ity vec t or在实际催化器制造中 ,一般在催化器的前端入 口管要加装导流装置 ,催化器的载体前端和后端还 会加装扩张管 ,使尾气的流场均匀. 采用锥形和球 形端面催化剂载体也可以提高催化器内部气流径向分布的均匀性 [ 7 ] .212 催化器内压力损失为 : 6 400 , 3 800 , 2 800 , 2 500 Pa . 可以看出催化器 载体直径越大 ,催化器的压力损失越小. 如果通过 催化器的压力损失过大 ,柴油机排气过程的能量消 耗将增加 ,柴油机的经济性和热效率会降低. 213 催化器内湍动能分布催化器的湍流模型设置为高雷诺数下的标准 κ - ε模型. 图 5 为 4个方案的湍动能分布图 . 尾气 在催化器载体的前端和后端扰动比较强 ,前端的扰 动尤其激烈. 这两端的湍动能损失较大 ,而载体内 部扰动较小. 这也验证了载体内部的流动是层流. 载体的直径取值越大 ,湍动能损失的峰值和平均强 度也越大 .催化器的压力损失主要由 3 部分组成 : ① 气 流与催化器管壁摩擦引起的沿程损失 ; ② 催化剂 载体通道中的沿程压力损失 ,即载体压力损失 ; ③ 扩张管和收缩管处的涡流及载体前后气流收缩 、扩 张造成的局部损失 . 图 4为不同尺寸催化器载体的 催化器内压力分布图 .3 催化器的化学反应催化反应机理主要有以下 4 个总包反应( 1 )( 2 ) ( 3 ) ( 4 )4NH 3 + 4NO + O 24N 2 + 6H 2 O4NH 3 + 2NO + 2NO 2 4N 2 + 6H 2 O8NH 3 + 6NO 2 7N 2 + 12H 2 O4NH 3 + 3O 2 2N 2 + 6H 2 O反应式 ( 1 ～3 ) 表示 NH 3 选择性还原 NO X 的 S CR 反应. 由于柴油机排放的 NO X 中最主要的是 NO (含量约为 90 % ) ,火花点火式发动机排放的图 4 压力分布图F ig . 4 Pre s sure prof ile[ 8 ]NO X 中 NO 高达 98 % . 因此 ,反应式 ( 1 ) 被称 为标准 SCR 反应 . 当 NO 2 与 NO 含量比约等于 50 %直径取 150 ～300 mm 的 各 个 压 力 损 失 分 别江苏科技大学学报 (自然科学版 )518 第 23卷图 5 湍动能分布图F ig . 5 D istr i bu t i on of turbu l en t k i n e t i c en e rgy时 ,反应速率最快 ,因此 ,反应 ( 2 )被称作快速 S CR 反应. 当 NO 2 与 NO 含量比继续增大时 , 反应 ( 4 )所示的缓慢 SCR 反应占主导作用 ,使得总体转化 效率降低 [ 4 ] .实际反应中 , NH 3被催化剂 V 2 O 5 吸附形成复 杂的表面化合物 , 形 成的 表面 化 合物 与气 相 中的 NO X 反应 ,并通过一系列表面反应才最终生成 N 2 [ 9 ]和 H 2 O. 表面反应机理如下5 +NH 3 + V- OH [ V - ONH 4( 5 )( 6 ) a ) 方案 14 +V - ONH 4 + V = O [ V - ONH 3 - V- OH4 +5 +NO + V - ONH 3 - V ] N 2 + H 2 O + V -OH + V4 ++ V = O - OH( 7 ) ( 8 ) ( 9 ) ( 10 )2V4 +- OH [ H O + V3 +2 3 + O 2 + 2 V ] 2 V = O 5 +5 +H 2 O + V- OH [ V- OH 3 O应用化学软件计算出反应结果 ,假设 NH 3 进入 催化器前已经与尾气充分混合 , NH 3 与 NO X 的摩尔 比为 1 ∶1,尾气中的 NO X 排量为 19105 g / k W ·h. 图 6为不同尺寸催化器载体的催化器内 NH 3 和 NO X 浓度分布图. 可以看出 NH 3 经过催化器后 , 浓度逐渐减小 ,并且到催化器的后段减小的梯度也 越来越小 ,这主要是到了催化器后段 ,反应物的浓 度降低 ,化学反应的速度降低 . NO 2 含量较低 ,在催 化器载体的前半部分就反应完了 . 当载体的直径越 来越小的情况下 , NH 3 开始出现泄露 , NO X 的脱除率 也逐渐下降. NH 3 到最后的含量比 NO X 的低 ,说明 NH 3 除了和 NO X 发生还原反应后 ,还与 O 2 发生了 氧化反应. 表 2 为各个载体的末端 NO 浓度和 NH 3 浓度以及 NO X 的脱除率.b ) 方案 2c ) 方案 3第 6期徐华平 ,等 : 某柴油机 S CR 系统的设计计算与优化 519Xu J ianchang, L i M e n gliang, L i J in, e t a l . Study on d i e se l engine exhau st afte r 2trea t m e n t techno l o gie s m e e t ing Eu r oⅣ / Ⅴ standa r d s[ J ]. M oder n V eh i c le Po w e r , 2006 ( 2 ) : 12- 16. ( in Ch i ne s e )[ 2 ] 帅石金 ,张文娟 ,董红义 , 等 . 柴油机尿素 SC R 催化器优化设计 [ J ]. 车用发动机 , 2007 ( 1) : 44 - 47.Shua i S h ijin, Zhan g W en juan, Dong Hong y i, e t a l . Op ti 2 m a l de sig n of d ie se l en gine u rea 2S CR conve rte r[ J ]. V e h i 2 cle Eng i ne , 2007 ( 1) : 44 - 47. ( in Ch i ne s e )[ 3 ] H e s se r M , D e r s H L ü, H e nn i ng R S . S CR techno l og y fo rd ) 方案 4图 6 NH 3 和 N O X 浓度分布图C o n c en tra t i o n d istr i bu t i o n of NH 3 an d N O XNO reduc t ion: se r ie s exp e r ience and sta t e of deve l opm e n t X [M ]. Ch i cag o: [ s . n . ] , 2005.[ 4 ] B u r ka r d t A , W e i swe ile r W , Tillaa r t J A A vanden, e t a l .I nfluence of the V 2 O 5 l o ad i ng on the struc t u r e and ac t ivity of V 2 O 5 / T i O 2 S CR ca t a l ysts fo r veh i c l e app lica t ion [ J ]. Topic i n Ca ta l ysis , 2001, 16 /17 ( 1 /4 ) : 369 - 375. [ 5 ] 陈玲玲 . 催化转化器内部流场的三维数值模拟 [ D ].大连 : 大连理工大学 , 2007.[ 6 ] 吴国江 ,黄震 ,陈晓玲 . 速度分布对三效催化器性能的影响 ( Ⅱ) 结果与 分析 [ J ]. 化 工 学 报 , 2005 , 56 ( 1 ) :94 - 99.W u Gu o j iang, H u an g Zhen, Chen X i ao l ing . Effec t s of fl o w d i stribu t ion on p e r f o r m a nce of th r ee 2way ca t a l ytic conve r t 2 e r ( Ⅱ) re s u l ts and ana l ysis[ J ]. J ou r na l of Che m ica l In 2dustry and Eng ineering , 2005 , 56 ( 1 ) : 94 - 99. 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P r ed i c t ion of F ig . 6表 2 各个载体的末端 N O 浓度和 NO X 的脱除率T a b l e 2 N O con c en tra t i on an d rem ov a l ra t e ofN O X a t en d of ea c h suppor t NO 剩余 / ( g / k W ·h )NO X 脱除率 / %载体直径 / c m219131013126 71187018681420 25 2830 3152 65184 结论本研究得出以下结论 :1) 催化器流动特性受到气流状态和载体结构等因素的影响.2 ) 催化器的载体尺寸对催化器的性能和 NO X的脱除率有很大影响 ,细长的载体压力损失较大 ,但流速分布均匀 ; 短粗的载体压力损失较小 ,但流 速分布的均匀性不理想 .3 ) 细长载体的 NO X 脱除率较短粗的载体高. 综合考虑催化器的实际安装尺寸和速度 、压力 分布 ,以及 NO X 的脱除率 , 方案 2 比较适合. 现实 中柴油机的排气与催化器的工作性能是互相影响 的 ,本文的研究没有考虑柴油机与催化器之间的相 互关系 ,离完全真实模拟催化器还有一定的距离. 因此在以后的研究中需要把柴油机的排气系统和 催化器看作一个系统来考虑 ,从而得出更加符合实 际的结果 .d i stribu t ion and em ission of NO in L P G engine cylin de r X [ J ]. J o u rna l of J iangsu U n i versity of S cience and Tech 2 no l o gy: N a tu r a l S c ience Ed ition , 2006, 20 ( 4 ) : 68 - 72. ( in Ch i ne s e )[ 9 ] Tr oncon i E, Nova I, C i a r de l li C, e t a l . R e d ox fea t u r e s inthe ca t a l ytic m e chan i s m of the “ standa r d ” a nd “ f a st ”NH 3 2S CR of NO X ove r a V 2ba sed ca t a l yst inve s tig a t ed by dynam ic m e t hod s [ J ]. J o u r na l of Ca t a l ysis , 2007, 245: 1 - 10.(责任编辑 : 童天添 )参考文献 ( Referen ce s )[ 1 ] 许建昌 ,李孟良 ,李锦 ,等 . 满足欧 Ⅳ / Ⅴ排放法规的柴油机排气后处理技 术 [ J ]. 现代车用 动 力 , 2006 ( 2 ) :12 - 16.。
基于国六标准的柴油车SCR系统的流场分析及喷射参数优化
基于国六标准的柴油车SCR系统的流场分析及喷射参数优化冯海峰;时岩;张建强【摘要】为了使柴油车排放满足即将实施的国六标准,提出一种全新SCR系统结构.然后根据计算流体动力学理论、使用ANSYS Fluent软件在3种工况下对本SCR 系统流场进行了数值模拟,研究了不同喷孔孔数、喷孔孔径和喷射角度对SCR裁体前端平面上氨气分布均匀性的影响,并且确定最优喷射参数为8孔、130μm孔径和45°喷射角.与传统的SCR系统相比,氨气分布均匀性4.9％～6.0％的提高使得本SCR系统的最高脱硝率提升了24％.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2019(041)005【总页数】6页(P135-140)【关键词】柴油车国六标准;选择性催化还原;计算流体动力学;流场分析;氨气分布均匀性;喷射参数【作者】冯海峰;时岩;张建强【作者单位】南京理工大学机械工程学院,南京210094;南京理工大学机械工程学院,南京210094;南京理工大学机械工程学院,南京210094【正文语种】中文【中图分类】TK4220 引言2016年底，国家环境保护部发布了《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（征求意见稿）（简称柴油车国六标准）；国六标准对柴油车的尾气排放提出了更为严格的限制，并将从2020年开始全面实施[1]。
这对柴油发动机的各类净化技术又提出了新的要求。
选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）是目前比较成熟的柴油机机外净化技术之一，其工作原理是向排气管喷入尿素溶液，在高温下用尿素分解产生的氨气通过催化剂来还原氮氧化物，并生成对环境无害的氮气和水[2]。
为了使柴油车排放的尾气中氮氧化物降低到满足国六标准，必须改进或者重新设计现有的SCR系统。
SCR系统的性能通常用氮氧化物的转化率来衡量。
国内外研究表明，在SCR催化剂载体前端平面上，气流中的氨气分布得越均匀，氮氧化物的转化率就越高[3]。
重卡柴油机SCR系统设计及分析论文
题目重卡柴油机SCR系统设计及分析学生姓名 xxxxx 学号 xxxx所在学院机械工程学院专业班级 xxx指导教师 xx 完成地点 xxxx2015年5月20日重卡柴油机SCR系统设计及分析作者：xxx（xxx机械学院xxxxxx班，xxxx xxx）指导教师：xxxx[摘要]尿素选择性催化还原系统（SCR）在高催化效率下的正常运行是柴油机满足排放法规的关键因素。
本文利用计算流体力学方法CFD模拟混和管中尿素水溶液的喷雾情况，对不同排气温度和排气流量下液滴的运动，水溶液蒸发后水蒸气的浓度分布进行了计算，优化排气管道形状以及优化喷射位置和喷射角度，从而避免尿素水溶液撞壁出现沉积，堵塞管路。
同时对 SCR 载体内的流动性能进行计算,保证排气在载体入口的速度、发应物浓度分布均匀，以此来保证SCR实现高的催化效率。
[关键词]: 柴油机 SCR 优化设计Heavy diesel engine SCR system design and analysisThe Author :xxxx(Grade xx,Class 1,Major Testing and Monitoring Technology and InstrumentationxxxxUniversity of Technology xxxxxxxxxxxxxTutor:xxxxxAbstract:The selective catalytic reduction (SCR) based on urea water- solution is an effective technique to reduce NO x emitted from diesel engines. However, there are two issues have to be resolved to ensure high NO x conversion efficiency with SCR. The first one is to have a uniform distribution on both the exhaust velocity and the ammonia concentration at the entrance of the SCR catalyst. And the second one is to minimize the urea deposition on the exhaust pipe wall caused by urea water impingement. In this paper, CFD code is applied to simulate the urea water injection in the exhaust pipe and the flow field in the SCR system for a heavy duty engine. After optimization, urea water impingement with exhaust pipe can be avoided and a relatively uniform flow field can be attained in the SCR converter.Key words: Diesel engine, SCR, Optimization目录1概述 (1)1.1选题意义 (1)1.2 SCR系统概述 (3)1.2.1 SCR 系统的基本工作原理 (3)1.2.2 SCR系统的构成 (3)1.2.3 SCR系统的优点 (6)1.2.4 SCR系统的缺点 (6)1.3 本章小结 (7)2 柴油机尾气处理对SCR技术的要求 (8)2.1 SCR技术在国内外的应用现状 (8)2.2 柴油机尾气处理系统的功能要求 (8)2.3 本章小结 (9)3 基于 SCR 技术尾气处理系统的设计方案 (10)3.1 SCR 系统设计原则 (10)3.2 SCR 系统的总体设计方案 (10)3.2.1系统的总体设计 (11)3.2.2 基于 SCR 技术的柴油机尾气处理系统的组成 (12)3.3 SCR系统模块、材料的选取 (13)3.3.1 还原剂和硬件材料选取 (13)3.3.2 存储模块选型 (14)3.3.3 计量喷射模块 (14)3.3.4 催化反应模块 (16)3.4 本章小结 (16)4 计算结果及边界条件 (17)4.1 催化剂表面反应 (18)4.2 边界条件 (18)4.3计算结果及分析 (19)5 结语 (29)致谢 (30)1概述1.1选题意义随着社会的发展，人们生活水平越来越高，同时人们对环境大气越来越注重保护。
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利用STAR-CD对重型柴油机SCR系统进行布置优化图1 SCR系统原理图尿素选择性催化还原系统（SCR）是未来降低重型柴油机的NOX排放的一种有效方式。
利用计算流体力学软件STAR-CD来模拟混和管中尿素水溶液的喷雾情况，通过计算优化排气管道形状以及喷射位置和喷射角度，避免尿素水溶液撞壁出现沉积，堵塞管路。
20世纪90年代以来，世界各国对发动机排放法规的不断严格，大大推动了发动机技术的发展。
我国从2008年7月１日起全面实施国Ⅲ排放法规，2010年1月1日将要实施国Ⅳ排放法规。
目前，国内的几家大型柴油机厂大都通过机内净化降低碳烟，然后利用SCR系统降低NOX排放的方法来满足国Ⅳ排放法规对碳烟和NOX的限制。
图2 SCR系统网格和边界条件位置图SCR系统包括：尿素水溶液储罐、输送装置、计量装置、喷射装置、催化器以及温度和排气传感器等。
系统的基本工作原理是（见图1）：尾气从涡轮出来后进入排气混和管，在混和管上安装有尿素计量喷射装置，喷入尿素水溶液，尿素在高温下发生水解和热解反应后生成NH3，在SCR系统催化剂表面利用NH3还原NOX，排出N2，多余的NH3也被还原为N2，防止泄漏。
一般情况下，消耗100L燃油的同时会消耗5L液体尿素水溶液。
在SCR中发生的化学反应如下：尿素水解：（NH2）2CO+H2O→2NH3+CO2NOX还原：NO+NO2+2NH3→2N2+3H2ONH3氧化：4NH3＋3O2→2N2＋6H2O在SCR系统中发生的复杂的物理和化学反应包括：尿素水溶液的喷射、雾化、蒸发、尿素的水解和热解气相化学反应以及NOX在催化剂表面与NH3发生的催化表面化学反应。
利用数值模拟研究这些过程，可以优化混和管路的设计和尿素喷射装置的布置，从而优化SCR系统的布置，预测催化效率，减少试验成本。
图3 在某一位置不同的喷射方向本文介绍了在某重型国Ⅳ柴油机的开发过程中，利用CFD工具对管道的几何形状、尿素喷射装置的位置及喷射角度进行优化设计，从而保证在混和管路不出现粒子撞壁后的结晶。
通过对SCR载体入口速度均匀性和整个载体的压力损失情况进行计算分析，保证载体入口速度分布均匀，整个系统产生较小的压力损失。
计算物理模型及边界条件整个SCR系统的网格特点和边界条件位置如图2所示。
其中管路采用六面体和O-grid网格，SCR载体内部采用四面体网格，SCR系统中的载体和插孔管利用多孔介质来模拟。
图4 水平方向喷射粒子运动轨迹尿素水溶液喷雾模拟是一个复杂的过程，其中包括液滴的雾化、破碎、蒸发、液滴与气体能量动量交换、粒子撞壁过程及液膜形成等。
一般采用DDM方法来描述离散液滴分布，它不考虑全部液滴，而只处理其中若干具有代表性的样本。
每个样本都代表一定数量的、大小和状态都完全相同的液滴。
用拉格朗日方法跟踪这些液滴样本的运动，即求解描述其运动轨迹和传热传质过程的一组微分方程。
Reitz/Diwakar的破碎模型用来模拟破碎过程。
尿素水溶液的特性按照SAE上提供的物理特性来设置。
本次计算没有考虑尿素水溶液的水解、热解等化学反应特性，以水蒸气的分布来代替NH3的分布。
图5 向下偏5°方向喷射粒子运动轨迹计算结果分析SCR系统混和管的布置设计对SCR载体内的化学反应有很大的影响。
在国Ⅳ柴油机的开发过程中，相当多的工作是对混和管进行优化设计，包括管道的几何形状、尿素喷射装置的位置和喷射角度等。
本文主要利用CFD 工具对两个喷射位置不同喷射角度进行优化设计，从而保证在混和管路不出现粒子撞壁后的结晶。
图3中的红色线条代表喷射方向与水平方向一致，蓝色线条代表喷射方向向下偏离水平方向5°，绿色线条代表喷射方向向下偏离水平方向10°。
图6 向下偏10°方向喷射粒子运动轨迹优化后粒子轨迹图4～图6为位置1优化后粒子的运动轨迹，图7为位置2优化后粒子的运动轨迹。
图7 向下偏5°方向喷射粒子运动轨迹计算表明在低负荷时，粒子轨迹受排气流的影响较小，粒子沿着喷射方向运动，与壁面碰撞的粒子数量少。
但是在大负荷下，粒子受排气流的影响较大，粒子被吹向管道的一侧，容易在壁面形成液膜。
由于喷射的粒子大小不一，体积较小的粒子最容易被吹偏。
图8 质量流量百分比分配结晶主要出现在小负荷的情况下，此时排气流量速度低，对粒子的运动轨迹影响小。
如果安装角度偏差，粒子就会与管道壁面碰撞，出现结晶现象。
而对于大负荷，虽然气流对粒子轨迹影响大，尤其是对小直径的粒子，但是由于排气温度高，粒子溶液蒸发，就是碰撞到管道壁面，也会很快蒸发，而不会结晶。
高温管道壁面对粒子起到加速蒸发的作用。
但是如果粒子沉积后降低了壁面温度，则壁面对粒子起到冷却的作用，更容易发生沉积结晶现象。
图9 速度均匀性系数载体入口的速度均匀性及压力分布催化载体入口的速度分布是否均匀直接影响催化剂的催化转化效率。
流速不均匀会在载体中心区域产生过高的气流速度和温度，加剧催化剂的劣化速度，缩短其使用寿命。
另外，流速分布不均匀还会导致载体径向温度梯度过大，产生较大的热应力梯度，产生热疲劳破坏。
通常利用速度均匀性系数来评价入口的速度是否均匀。
速度均匀系数越大，入口的速度越均匀；系数越小，速度分布越不均匀。
通常需要速度均匀系数在0.8以上。
图8为流过不同载体的气体流量分配，图9为速度均匀系数。
通过各个载体的气体流量基本相等，避免了局部过热和流速过高的情况，保证了载体的运行环境。
当国III排放标准的争议喧嚣还在进行之际，国IV、国V标准也渐渐进入了人们的视野，对企业而言，只有选择了正确合理的技术路线，才有机会把握未来的市场主动权。
为了保护环境，世界各国相继出台了控制机动车尾气排放的法规。
对于重型柴油机，为了应对日趋严格的排放法规，单纯的机内净化已很难满足要求；更多地是将其与机外净化（后处理）措施相结合。
在中国，随着国Ⅲ法规的实施，国Ⅳ甚至国Ⅴ也渐行渐近，对企业而言，在省油时代，选择合适的后处理技术路线已迫在眉睫。
国内外排放法规及应对方案无论是欧洲还是美国，对于未来即将实施的新标准，都主要针对NOx和PM排放采取了更为严格的限制。
在中国，重型柴油车国Ⅲ/国Ⅳ/国Ⅴ排放标准已于2006年发布，技术内容等效于欧洲相应技术法规。
预计在中国实施时间分别是2008年、2010年和2012年，北京市在2008年已经开始执行国Ⅳ标准。
为了既满足日趋严格的排放法规，又降低柴油机的油耗，通常需要考虑以下三个方面：1．提升燃油品质包括降低柴油中的硫含量、胶质含量，控制多环芳烃含量、十六烷值，提高润滑性能、添加剂的使用等。
2．柴油机机内净化机内净化技术包括电控高压燃油喷射技术、增压中冷技术、废气再循环（EGR）技术、多气门技术、可变涡流进气道技术、可变压缩比技术、均质混合压燃技术（HCCI）以及优化燃烧室结构和参数的相关技术等。
图2 EGR+DOC+DPF系统原理图3．柴油机机外净化在几近苛刻的欧Ⅳ/国Ⅴ排放法规面前，仅依靠以上的技术还是不够的，必须综合使用排气后处理技术来控制排放。
国际上，绝大部分发动机制造商都是在改进欧Ⅲ发动机的基础上，再加上SCR或EGR+DOC+DPF等后处理系统来实现的。
后处理技术路线1.选择性催化还原SCRSCR系统是通过机内净化降低PM排放，然后利用SCR系统降低NOx排放，从而满足国Ⅳ乃至国Ⅴ排放法规对于PM和NOx的限制。
基本工作原理可参见图1。
2.废气再循环EGR对于EGR系统，通过EGR将NOx排放降低到标准要求以下，通过DOC（氧化催化剂）或者DOC+DPF（颗粒物过滤器）将TPM（总颗粒物）排放降低到满足标准的要求。
基本工作原理可参见图2。
EGR系统有以下几种形式：（1）EGR+DOC：通过EGR降低NOx排放，同时大幅提高喷油压力并增加DOC以降低TPM排放。
斯堪尼亚在EGR基础上，将喷油压力增加到220MPa以上，再加上DOC，实现了欧Ⅳ排放。
图3 主动再生DPF和被动再生DPF工作原理示意图（2）EGR+DOC+DPF：根据过滤器再生方式不同，又分为主动再生型和被动再生型，参见图3。
①主动再生型：通过发动机缸内后喷燃油或者在排气管中喷入燃油，燃油在DOC内燃烧提供DPF再生所需要的高温，从而达到减少DPF内颗粒物的目的。
目前，欧美都以主动再生技术为主。
②被动再生型：废气中的NO在DOC内反应生成NO2，NOs与碳粒反应达到被动再生的目的。
该技术曾被广泛使用于欧美在用车改造；但是，由于被动再生需要低硫燃油，同时还受到发动机工况、负载以及排温的影响，所以在安装被动再生系统之前一定要保证能够提供再生所需要的条件。
目前，欧美国家单纯地采用被动再生技术已经越来越少。
另外，也有制造商使用EGR+DOC+POC（流通式颗粒捕集器）系统作为一种过渡技术达到欧Ⅳ排放。
该系统需要与被动再生DPF相同的工作条件。
不同技术路线之比较分析表对可实现国Ⅳ/国Ⅴ排放性能的两大主流技术SCR和EGR+DOC+DPF技术，从发动机本身、后处理系统、对燃油和机油的要求以及经济性能等四个主要性能进行了比较。
通过比较，我们不难得到如下结论：1. SCR系统对发动机本体改动小，发动机耐久性好，燃油经济性好，对燃油油品和机油品质要求较低，没有催化器堵塞的风险，技术升级连续性较好，不需要喷油再生控制装置（相对主动再生DPF），对发动机的使用和维修保养费用较低。
但是，SCR系统需要增加尿素喷射系统，对封装的要求也比较高。
SCR系统需要解决的是尿素供应的问题。
2. EGR+DOC+DPF系统对于被动再生系统而言，油耗偏高，需要增加EGR及其冷却系统，需要超低硫含量的燃油以及高品质润滑油，对发动机本身及后处理的维护保养要求较高，否则会影响发动机寿命并可能造成催化器堵塞风险，技术连续升级性较差。
不过，被动再生系统不需要增加尿素喷射系统，对封装的要求也较低。
对于主动再生系统而言，除了要满足上述被动再生系统的要求之外，还需要增加喷油再生装置并做更复杂的标定，增加了开发成本以及标定难度。
EGR+DOC+DPF系统的主要问题是如何解决全国范围内低硫柴油的供应和更复杂的系统标定问题。
国外技术选择及执行经验从国外的实际情况来看：在欧洲，大部分国家选择SCR作为主流的技术路线；在美国，则主要选择EGR+DOC+DPF 技术路线。
欧洲的大部分厂商之所以选择SCR技术来满足欧Ⅳ/欧Ⅴ排放标准，主要是出于成本因素，欧洲的燃油价格很高，SCR技术较好的燃油经济使该技术成为首选。
当然，在有些地方仍然需要采用EGR+DOC+DPF技术，因为某些地方仍然规定未加装颗粒过滤器的车辆不得进入市区。
而目前美国主要采用主动再生EGR+DOC+DPF技术来满足US2007排放法规。
原因在于，美国的燃油价格比较低，尿素供应系统及其相关基础设施建设尚未健全；同时，US2007HDD标准提出了新车240 000 km无维修的要求，这也在一定程度上阻止了SCR技术在美国的应用，因为使用SCR技术约每5 000km，就要添加一次尿素。