柴油机SCR系统尿素喷射的CFD分析

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基于CFD 的轻型柴油机SCR 系统高效混合器优化设计

4.2 速度均匀性速度均匀性决定气流在催化剂内停留时间，从而影响催化剂转化效率和温度分布。催化剂内气流分布均匀，可加快其温升速率，降低催化剂局部过热而产生的温度梯度，从而提高催化剂转化效率和使用寿命 [6]。额定工况下方案 A 和方案 B SCR 入口速度均匀性如图 5 所示。详细速度数据见表 4 所列。
表 1 计算工况参数
工况额定工况起喷工况
质量流量 / （kg/h）
547
160
排气温度 / （k）
792.15
488.15
NOx 原排 / （ppm）
627
1012
Hale Waihona Puke 尿素喷射量 / （mg/s）
269.53
132
湍流强度 0.0384 0.0431
湍流长度尺度 /（m）
0.0042
0.0042
蒸发模型选用 Droplet Evaporation 模型。喷射参数如表 2 所列。
工况额定工况
方案 A B
mixer 压降 / 系统总压降
（kPa）
/（kPa）
9.8
36
7.0
33
通过对混合器进气隔板和混合器管开口的扩大，压降明显降低，使系统总压降控制在合理范围。针对涡旋式混合器，如果过于强调低的压降，将开口继续扩大使混合距离缩短，造成尿素混合不充分，进而导致 NOx 转化效率低。
3.3 反应模型
-2.3×107 RT
)
( ) -6.22×107
k2=2.5×105exp
RT
（4）（5）
式中，k1 为尿素热解化学反应速率常数；
k2 为异氰酸水解化学反应速率常数；R 为摩
尔气体常量；T 为热力学温度。

SCR尿素喷射系统(2024)

引言概述正文内容
1.工作原理：
1.1尿素溶液的喷射
1.2氮氧化物的还原反应
1.3氨的过程
1.4催化剂的作用机理
1.5尿素喷射与氨逃逸控制
2.性能优势：
2.1高效降低氮氧化物排放
2.2提高燃烧效率
2.3减少颗粒物排放
2.4适应不同工况和环境条件
2.5增加发动机寿命
3.注意事项：
3.1尿素溶液的选择和储存
3.2喷射系统的清洁维护
3.3SCR系统的温度管理
3.4氨逃逸的控制
3.5地区治理政策的遵守
4.实际应用案例：
4.1中重型柴油车辆
4.2工业排放控制
4.3发电厂和重工业领域
4.4海运行业和内河船舶
4.5SCR与其他排放控制技术的结合
5.总结：
本文对SCR尿素喷射系统的工作原理和性能优势进行了详细介绍，同时也提出了在实际应用中需要注意的事项。

SCR尿素喷射系统在降低柴油发动机尾气排放和改善空气质量方面具有重要的作用。

随着环境法规的趋严和用户对环保性能的要求不断提高，SCR 技术的应用前景十分广阔，也将推动其不断创新和完善。

在未来，SCR尿素喷射系统将成为柴油发动机排放控制的主流技术之一。

（正文部分，根据需要进行扩充和详细阐述。

）。

SCR系统尿素喷雾特性CFD仿真分析

SCR系统尿素喷雾特性CFD仿真分析编号：SCR系统尿素喷雾CFD仿真分析编制：陆超群校对：审核：一汽解放公司无锡柴油机厂研发部电控开发室新技术组2014年4月1、计算目的评估不同的管路结构对SCR结晶生成风险的影响2、计算内容对六种不同结构的喷嘴管路进行详细的喷雾计算分析，采用相同的计算条件，对比六种方案管路内速度分布、气体温度、湍动能分布，找出结晶产生风险最低的方案。

3、计算过程分析3. 1计算条件计算采用STAR-CCM+8.04软件，操作系统为WindowsXP系统，喷雾模型选用液滴破碎、液滴碰壁及液滴蒸发模型，喷嘴喷射参数基于Bosch公司ETI5.2(3-hole)@9bar。

喷射尿素量186.52mg/s，进口流量391.48Kg/h，进口温度280℃，排气管温度230℃，喷嘴支座温度120℃。

3.2几何模型方案一方案二方案三方案四方案五方案六图1 计算区域几何模型方案一：管径100mm，直管段喷射。

方案二：管径100mm，90度弯管处喷射，支座未深入到管路内部。

方案三：管径100mm，120度弯管处喷射，支座为喇叭口形式，深入到管路内部。

方案四：管径100mm，120度弯管处喷射，支座为喇叭口形式，深入到管路内部，且法兰迎风面开孔开孔。

方案五：管径100mm，90度弯管处喷射，支座为喇叭口形式，深入到管路内部。

方案六：管径100mm，90度弯管处喷射，支座为喇叭口形式，深入到管路内部，且法兰迎风面开孔开孔。

3.3计算结果分析3. 3.1速度分布方案一方案二方案三方案四方案五方案六图2 管路中心截面速度分布方案一方案二方案三方案四方案五方案六图3 喷嘴法兰中心截面速度分布从图2中可以看出方案二、五、六均为90度弯管喷射，喷嘴下端管路内右侧气体流速较高，容易增大此处尿素液滴碰壁的风险，六种方案在喷嘴内均有少量的气体流动。

从图3法兰内流动放大图中可以看出方案一有明显的涡流产生，引起结晶生成的风险较大，方案二喷嘴处有少量的涡流产生，细小的液滴容易被涡流旋转带到法兰顶部，方案三、方案五产生的涡流流速较大，液滴容易被吹至法兰左侧壁面处，方案四、方案六法兰开孔后，明显改善了法兰处的流速分布。

共轨原创康明斯SCR后处理尿素喷射系统简介

共轨原创康明斯SCR后处理尿素喷射系统简介共轨导读之前几期的每周一课中，我们已经介绍过博世的后处理系统和解放的气驱后处理系统的工作原理，本期共轨之家与大家一起学习同样在市场上比较受欢迎的一款后处理系统——康明斯EcoFit尿素喷射系统。

该系统为康明斯自主研发的后处理系统，用于减少氮氧化物的排放，控制方式和逻辑都和博世系统有较大区别。

本期将着重介绍关于EcoFit康明斯尿素喷射系统的一些关键零部件以及其工作原理。

SCR系统一般包括4大模块：1. 发动机排放控制模块、2. OBD车载诊断模块、3. 车用尿素喷射模块、4. SCR催化器模块。

国四的车辆主要的区别就是新增了尿素喷射模块和SCR催化器模块，本期介绍EcoFit康明斯尿素喷射模块，关于SCR催化器模块以后将会做专题。

一、尿素计量泵计量泵只是一个执行机构。

直接受控于发动机ECM，并将DEF和空气在泵内混合，混合好后送至喷嘴处。

计量泵的自诊断系统在ECM中，技术参数如下：-计量泵是高精密部件；-计量泵耗气量17.5~22L/min.要考虑空压机的泵气量与负荷率；-要防止脏空气进入，有专门滤清器（5微米）；-正常工作耗电量32瓦，内部加热器工作时<200瓦, 峰值时<300瓦，最长工作时间30秒；-供气压力范围6~12巴；两种安装类型可供选择，不同的安装方式结构略有不同：1）罐上安装型计量泵：2）底盘安装型计量泵：ECM计算出在各种发动机工况下精确的尿素喷射率，以及整车压缩空气系统时的尿素混合空气量，然后将雾化的尿素通过喷嘴注入排放处理系统，与尾气混合后通过催化剂。

尿素计量泵内部结构详解：1、空气切断阀:此阀受ECM控制，有两种选项：12V or 24V两个功能:-调节压力-空气路开关特性-最大进气压力：10bar-工作温度：-40℃~ 85 ℃-调压后是：3.15~3.8Bar2、主滤芯组件总成在组装之前先用植物油或等效物润滑主滤芯上的O型圈，将滤芯压入泵体滤芯腔并确保滤芯体完全入座。

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]。

SCR系统尿素喷雾特性影响因素的CFD仿真分析

第１期（总第２０４期）２０１３年２月
车
用
发
动
机
Ｎｏ．１（ＳｅｒｉａｌＮｏ．２０４）
ＶＥＨＩＣＬＥＥＮＧＩＮＥ
Ｆｅｂ．２０１３
ＳＣＲ系统尿素喷雾特性影响因素的ＣＦＤ仿真分析
Ｆｉｒｅ软件建立排气管道的尿素喷雾模型，并利用该计算模型分别计算分析了不同工况、尿素水溶液喷射压力、尿素温度及喷嘴安装角度等喷射参数对排气管道内喷雾形态和ＮＨ。的浓度场分布的影响。
秦岩，张岩，高定伟。，段景辉，张鹏
（１．吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室，吉林长春
２．长城汽车股份有限公司，河北保定
１３００２２；
０７１０００）
摘要：利用ＡＶＬＦｉｒｅ三维商用仿真软件对ｓＣＲ系统尿素喷雾特性的影响因素进行了模拟计算，考察的因素
ＳＣＲ技术是利用ＮＨ。或尿素作为还原性物
质，在一定温度和催化剂作用下，将Ｎｏ还原为Ｎ：和Ｈ０的一项降低ＮＯ排放的措施。该技术以其
原剂喷雾与热壁面碰撞的试验结果［４对模型进行有
效性验证。模型验证中所用的网格见图１，由于试验关注的仅是喷雾与热壁面的碰撞，不涉及到排气的流动及热交换等，因此，采用一个长 × 宽 ×高为

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。

无锡威孚力达SCR尿素喷射系统介绍

6L筒\箱式催化剂封装结构
10
SCR催化器总成封装实例
箱式催化剂封装结构（载体：5.6″x6″ 12只）
11
尿素喷嘴
SCR喷嘴总成
12
尿素喷嘴
13
尿素喷嘴
14
尿素泵
WFLD-SCR-PUMP
尿素泵总成
15
尿素箱
尿素箱
16
ECU及SCR系统排放标定
பைடு நூலகம்
SCR-ECU满足15工况、ELR、ETC、ESC实验要求
威孚力达SCR催化器总成及尿素喷射控制系统
1
SCR催化器总成及尿素喷射控制系统
SCR系统连接示意图(冷却方式改进)
2
SCR催化器总成及尿素喷射控制系统
SCR系统组成
3
SCR系统参数
SCR系统参数喷射量喷射压力混合器喷角市场应用满足排放环境温度电源电压 0.1…7kg/h 5 bar/ 8 bar 推荐混合器 0° 中、重型发动机国4/5 -30 °- +120 °C 24V 备注
17
ECU及SCR系统排放标定
ECU
18
ECU及SCR系统排放标定
19
ECU及SCR系统排放标定
共轨ECU Diesel ECU
（通过CAN实现: SAE1939 standard）
SCR-ECU
SCR-ECU与其它ECU通讯
20
SCR系统排放标定
SCR箱体
喷嘴与发动机排气歧管连接
废气流向
V-W/T型催化剂
分子筛型催化剂
其它
SCR催化剂
SCR催化剂分类及适用条件
5
国5及以上SCR净化系统

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。

尿素喷射系统

SCR系统的工作原理

SCR系统的工作原理引言概述：SCR系统（Selective Catalytic Reduction）是一种用于减少柴油发动机尾气中氮氧化物（NOx）排放的先进技术。

它通过将尿素溶液注入尾气中，与催化剂反应，将NOx转化为无害的氮气和水蒸气。

本文将详细介绍SCR系统的工作原理。

一、尿素溶液的喷射1.1 尿素溶液的储存和供给SCR系统中的尿素溶液通常以尿素水溶液（AdBlue）的形式储存。

这种溶液由32.5%的尿素和67.5%的去离子水组成。

尿素溶液储存在专用的尿素箱中，并通过管道系统供给到喷射器。

1.2 溶液的喷射位置尿素溶液喷射器通常位于尾气管道的末端，靠近催化剂。

这样可以确保尿素溶液充分与尾气混合，以实现最佳的反应效果。

1.3 喷射量的控制喷射器的工作由车辆的电控单元控制。

根据发动机负荷、转速和尾气温度等参数，电控单元会计算出适当的尿素喷射量，并通过控制喷射器的开关时间和喷射器的喷射压力来实现精确的喷射控制。

二、尿素溶液与催化剂的反应2.1 催化剂的作用SCR系统中的催化剂通常由钛、钒和钨等金属组成，具有良好的催化活性。

催化剂的作用是加速尿素溶液与尾气中的NOx反应，将其转化为氮气和水蒸气。

2.2 尿素溶液的分解当尿素溶液喷射到催化剂上时，尿素会分解成氨气（NH3）和异氰酸酯（CNO）。

氨气是SCR反应的关键物质，它与NOx发生氨解反应，生成氮气和水蒸气。

2.3 反应的温度范围SCR反应的最佳温度范围通常在200°C至400°C之间。

在低于200°C时，催化剂的活性较低，反应效果不理想；而在高于400°C时，催化剂的寿命可能会受到影响。

三、催化剂的再生3.1 催化剂的积碳长期运行后，催化剂表面可能会积聚一些碳和其他杂质，导致催化剂的活性下降。

这时需要进行催化剂的再生，以恢复其活性。

3.2 催化剂的再生方法催化剂的再生通常通过提高尾气温度来实现。

可以通过增加燃油喷射量、调整发动机工作参数或使用辅助加热装置等方式来提高尾气温度，以清除催化剂表面的积碳。

国IV重型卡车SCR系统及车用尿素溶液解析

车用尿素溶液车用尿素溶液在国内又称为车用脱硝剂，最早在欧洲使用，称为Ａｄｂｌｕｅ（添蓝），
北美称为ＤＥＦ（柴油机尾气处理液）。车用尿素溶液是指尿素浓度为３２．５％且溶剂为超纯水的尿素水溶液．其原料为尿素晶体和超纯水。主要用于配有
国内重卡生产厂家为应对国ＩＶ排放标准要求，大多都采用了ＳＣＲ的后处理技术。但使用ＳＣＲ后处
液罐内的液面高度，若尿素溶液量不足，应及时添
加。② 要使用清洁的尿素溶液管和加注工具，尿素溶液管不宜过长。③ 要盖严尿素溶液罐，以免造成污染和尿素溶液结晶。“ 四不要 ” ： ① 不要用水、农用
油微粒捕捉器／氧化催化转换器（ＤＰＦ／ＤＯＣ）路线。由于采用ＳＣＲ技术的国ＩＶ柴油机具有改动小、燃
油要求较低等优点．更适应国内目前柴油品质相刘
ＳＣＲ系统的轿车、卡车、客车等柴油车辆，是ＳＣＲ技
少燃料消耗的『．－１时，还可以显著降低成本（通常车洗尿素溶液泵，如尿素溶液泵有脏污只能使用干净
及尿素溶液泵。④ 不要在柴油发动机熄火后３０秒内断开电源。因为柴油机熄火后，ＳＣＲ系统要将残

柴油机SCR尿素喷射标定系统设计

柴油机SCR尿素喷射标定系统设计冯川【摘要】尿素喷射量的控制精度决定了SCR系统的后处理效果。

而尿素泵的控制参数、喷嘴的驱动参数及流量特性对实际尿素喷射量有重要影响，需要进行标定。

设计开发的尿素喷射标定系统硬件采用模块化设计，增强了电路的稳定性和抗干扰性。

下位机软件应用PID算法迅速稳定管路压力，上位机软件基于LabVIEW开发平台，将生产者—消费者循环和队列模式相结合，有效的解决了数据接收和处理上的问题。

通过实验，可以确定最佳的控制参数，并取得了良好的应用效果。

%The emission control effects of SCR system depend on the control accuracy of urea injection , which is significantly influenced by the control parameters of urea pump , drive parameter of nozzle and flow characteristics and is bound to be calibrated . The designed and developed hardware of urea injection calibration system was applied with the modular design to enhance the sta -bility and interference immunity of the circuit .The lower computer is equipped with PID algorithm to stabilize the line pressure , and the upper computer software is based on the LabVIEW development platform to combine the producers -consumers cycle and queuing model to solve the problems of data receiving and processing effectively .Through the experiment , the optimal control pa-rameters can be ascertained as well as favorable application outcome can be verified .【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2015(000)009【总页数】4页(P80-83)【关键词】SCR;流量标定;硬件设计;PID;LabVIEW【作者】冯川【作者单位】滨州学院机电工程系，山东滨州 256600【正文语种】中文【中图分类】TK417+121目前，为了控制机动车对大气的污染，各国都制定了严格的排放法规，这使得降低发动机污染物排放的研究成为内燃机领域的热点问题。

柴油机SCR尿素沉积物模拟分析

Equipment Manufacturing Technology No.03，20190引言随着排放法规的进一步提升，柴油机的排放面临着越来越严苛的指标。

选择性催化还原（SCR ）技术广泛用于柴油机NOx 排放法规。

当SCR 系统中的尿素水溶液喷入排气系统时，除形成分解生成氨气外，还会生成副产物。

副产物的出现可能会导致氨的泄漏还可能堵塞排气管，从而增加排气背压。

因此在SCR 产品开发的初期，有必要通过模拟来评估SCR的性能和沉积物的风险。

以往研究中，Vahid 等[1]构建了尿素水溶液（UWS ）的液滴多项蒸发模型和尿素热分解的半详细动力学模型，模拟了UWS 蒸发、热解、固相副产物形成的物理化学过程。

Andreas 等[2]通过试验研究利用涂覆有TiO 2的惰性堇青石，构建了SCR 系统包含尿素分解副产物形成和分解的14步反应网络框架。

国内陈悦等[3]忽略了三聚氰酸同系物成分对尿素喷嘴内部沉积物进行了分析与模拟。

以往研究的动力学模型[4]主要基于已有的机理。

这些机理受实验条件的限制存在机理不全的问题。

本文比较全面的构建了尿素分解的沉积物生成机理模型，并利用STAR CCM+软件进行沉积物生成计算研究，并通过模拟对柴油机尿素喷射段沉积物的生成规律进行了初步预测。

1尿素反应机理构建在理想的状态下，尿素分解过程由两步反应组成，即尿素的热解和异氰酸的水解，即尿素分解的总包反应，总包反应见表1。

总包反应过于简单，只涉及到HN 3和HNCO 等基本产物。

尿素分子具有一个C=O ，和两个C-N 的基本构型，如图1所示。

根据化学反应中，键能较低的化学键先解离的原则，尿素达到152℃时，能级较低的碳氮单键C-N 首先断裂，尿素开始分解生成氨气NH 3，生成一个C=N ，产生异氰酸（O=C=NH ）。

之后的分子内的化学键依次断裂，最终形成了如缩二脲、三聚氰酸及其同系物等一系列的产物。

柴油机SCR 尿素沉积物模拟分析段磊磊，莫春兰，黄文君，莫益涛，龙华林（广西大学机械工程学院，广西南宁530004）摘要：构建了14步反应和11种组分的柴油机SCR 尿素喷射系统详细化学反应模型。

某柴油机尿素SCR催化器内流场分析

ｎａｌｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ），２０１９，３３（６）：８－１２．
某柴油机尿素ＳＣＲ催化器内流场分析
雷刚，袁海军，易浩，郑光泽
（重庆理工大学车辆工程学院，重庆４０００５４）
摘要：基于尿素选择性催化还原原理，利用计算流体动力学（ＣＦＤ）方法，建立了柴油机尿素催化器ＣＦＤ模型，模拟了在实际载荷工况条件下尿素－选择性催化还原技术（ＵｒｅａＳＣＲ）的尿素水溶液在排气管路中喷射雾化过程和喷射尿素颗粒的分布，得出柴油机的尿素喷射分布情况。研究结果表明：柴油机尿素ＳＣＲ催化器的ＣＦＤ模型能准确反映其尿素颗粒分布、浓度，可基本满足催化器对废气的催化条件，对带有尿素ＳＣＲ催化器的柴油机的设计具有一定的指导意义，为缩短开发周期提供了方法参考和技术支持。关键词：柴油机；选择性催化还原；喷射雾化；计算流体动力学（ＣＦＤ）中图分类号：ＴＫ４２１．５文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－８４２５（２０１９）０６－０００８－０５
基金项目：重庆市基金项目“满足欧ＶＩ排放法规要求的柴油机尾气处理系统关键技术研发及应用”（ｃｓｔｃ２０１５ｚｄｃｙｚｉｚｘ６００１２）
作者简介：雷刚，男，博士，教授，主要从事计算力学、ＣＡＤ／ＣＡＥ方面研究，Ｅｍａｉｌ：ｇａｎｇｌｅｉ３７８６＠１２６．ｃｏｍ；袁海军，男，硕士研究生，主要从事汽车ＣＡＥ仿真方面研究，Ｅｍａｉｌ：ｈａｉｊｕｎ６８７＠１２６．ｃｏｍ。
为了减少柴油机ＮＯｘ的排放，国内外已经开发出了许多技术方案，以此满足更加严格的排放
控制法规，其中尿素选择性催化还原（ｕｒｅａｓｅｌｅｃｔｉｖｅｃａｔａｌｙｔｉｃｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ＵｒｅａＳＣＲ）技术［１］是降低柴

基于CFD的SCR系统结构仿真研究

基于CFD的SCR系统结构仿真研究李璞【摘要】为研究SCR系统结构对尿素雾化效果的影响,利用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件建立尿素-SCR系统结构模型,进行尿素喷射及雾化过程仿真模拟,分析喷孔夹角及管道截面突变位置等结构参数对尿素-SCR系统雾化效果的影响.结果表明,增大喷孔夹角有利于促进NH3与排气气流的混合,考虑实际应用条件,喷射夹角在45°左右为最优；喷射管道与载体壳体之间的突变位置距载体前端面的位置逐渐增大,NH3浓度的标准偏差先减小,后增大,位于喷嘴与载体前端面中间位置处时,尿素与气流的混合效果最好.【期刊名称】《汽车工程学报》【年(卷),期】2013(003)003【总页数】5页(P218-222)【关键词】SCR系统;雾化效果;结构仿真;喷孔角度;管道截面突变位置【作者】李璞【作者单位】韶关学院物理与机电工程学院,广东,韶关512005【正文语种】中文【中图分类】TK422随着排放法规的日趋严格，柴油机排放，特别是氮氧化物（NOx）的排放成为关注的重点。

选择性催化还原（SCR）技术是柴油机控制NOx的主要技术手段之一，其还原剂有氨基和烃基[1]等，其中以尿素作为氨（NH3）的载体的SCR系统，因其性能和使用的便利性被应用到车用柴油机上。

国外相关研究机构对尿素SCR系统做了大量的研究和开发工作, 并且推出了很多商业化的产品[2-10]，而国内对SCR的研究虽也做了大量的工作[1,11-12]，但对SCR催化器的开发设计基本停留在传统的经验设计基础上。

通过现代发动机CFD设计方法对所要开发的催化器进行性能模拟，可实现设计阶段对催化器的优化，缩短设计时间，降低设计开发的成本，同时将数值模拟作为试验手段的重要补充，为SCR催化器的各种设计参数的优化提供理论依据。

由于反应物氨（NH3）的扩散及吸附速率影响了整个催化反应的速率，且其在进入载体前的空间分布情况直接影响载体内的扩散、吸附速率，因此本文以CFD软件为基础建立尿素- SCR系统模型，并进行仿真计算，主要研究喷孔夹角及管道截面突变位置等装置结构因素对尿素- SCR系统雾化效果的影响，为柴油机尿素-SCR装置的设计提供了理论基础。

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。

某柴油机SCR系统结晶分析验证及优化

某柴油机SCR系统结晶分析验证及优化张应兵;张超【摘要】利用CFD软件对某柴油机SCR系统进行模拟分析，计算得到速度场、喷雾发展、NH3浓度分布、液膜的形成及结晶的位置，与试验进行了对比，并对喷雾进行优化。

【期刊名称】《汽车制造业》【年(卷),期】2018(000)012【总页数】3页(P41-43)【关键词】SCR系统;结晶分析;柴油机;优化;验证;CFD软件;模拟分析;浓度分布【作者】张应兵;张超【作者单位】安徽江淮汽车集团股份有限公司;安徽江淮汽车集团股份有限公司;【正文语种】中文【中图分类】U664.1随着国家机动车排放法规的日益严格，尤其是国Ⅴ及国Ⅵ排放法规对NOX和PM 排放的规定，对汽车后处理系统的要求不断增加。

为了满足排放要求，各主机厂和汽车厂均在研发一些新的排放后处理措施。

其中，SCR技术被认为是降低NOX的主要手段。

车用SCR技术目前比较成熟，在国外发达国家和国内均有较广泛的应用。

随着主机厂和汽车厂对SCR系统开发周期的不断缩短，汽车后处理CAE仿真分析手段越来越重要，其可以指导工程师进行SCR系统的优化设计，使得SCR系统的开发和设计更加高效。

本文利用CFD软件AVL Fire对某柴油机SCR系统进行分析，主要内容如下：尿素喷雾弹模型的标定；建立尿素水溶液的喷射模型，包括热解、水解和液滴的蒸发；壁面温度的分布和液膜的形成模拟，对结晶位置产生预测；载体内部速度均匀性和NH3分布均匀性的分析等。

喷雾弹模型标定喷雾弹模型体网格用于模拟尿素喷雾的外界环境（图1）。

喷雾弹中的背压为1 bar（1 bar=105 Pa），温度为20 ℃，尿素水溶液各组分质量分数为：H2O 67.5%,HNCO 23.284%,NH3 9.216%。

图1 喷雾弹体网格图2 喷雾轮廓尿素喷雾弹标定的目标变量有两个，一是喷雾轮廓，即喷雾单个夹角以及两个喷束中心线夹角。

图2为输入数据和计算结果数据，从中可以看出，两者完全一致。

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柴油机SCR系统尿素喷射的CFD分析
王毓琨
（潍柴动力股份有限公司技术中心，山东省潍坊市民生东街26号）摘要：采用FIRE软件对柴油机SCR系统尿素喷射过程进行了三维数值模拟，简单介绍了数值仿真过程，对尿素喷射设角度进行了分析和优化，并对尿素喷射设位置的选择进行了研究。

关键词：SCR；CFD
主要软件：A VL FIRE
1. 前言
全球环境的不断恶化，使各国对汽车废气排放法规日益严格，目前我国已经实施国III 排放法规，随着时间的推移，国IV排放法规的实施也将提上日程，这样极大推进了柴油机SCR系统的研发，本文将简单介绍一下CFD方法在SCR系统的设计开发中的应用。

2. 计算模型
图1为某国IV柴油机SCR系统示意图，SCR系统包括增压器至催化转化器之间的整个排气管路和SCR催化转化器，本文中计算模型只选取增压器至催化转化器之间的整个排气管路；在排气管上有两个尿素喷射位置可以选择，设为位置1、位置2。

CFD的计算目的是：观察喷雾雾化情况，选择合适的喷射位置，优化喷射角度。

图1 国4柴油机SCR系统示意图
网格划分采用FAME技术，自动生成Fame Advanced Hybrid网格，网格的质量、大小直接影响计算的正确性和收敛性，因此采用3D Objects的Ogl_Line对尿素喷射区域进行了网格细化，如图2所示，并对网格依赖性进行了研究，选择最合适的网格尺寸。

位置1计算模型如下图3所示：
位置2计算模型如下图4所示：
图4 位置2 计算模型
3. 边界条件
计算分析选取A25、B50、C100三个典型工况进行计算。

部分边界条件设置见表1。

表1
对于尿素喷射的仿真，边界条件如：液滴喷射速度，喷雾锥角，液滴直径数量百分比分
布等，均按零部件供应商提供数据进行设置。

4. 计算分析
尿素溶液喷入排气管的废气中，对于其入射角度的选择非常关键，入射角度定义下图5所示，箭头为尿素喷雾锥角的中心线（Spray axis ）。

图5 入射角度定义
排气管中，废气温度很高，尿素溶液喷入废气中，直径小的液滴会很快气化，直径大的液滴则需要一段时间才能气化，排气管中，废气气流速度很高，直径小的液滴很容易受废气气流速度影响而改变运动轨迹，直径大的液滴受影响程度小一些。

当入射角度过大时如图6所示，直径较大的液滴受废气气流速度小影响，容易撞到对面弯管上；管壁温度相对较低，部分液滴在管壁上吸热气化使管壁温度进步降低，容易形成结晶如图6左下角，蓝色圈内为形成结晶的位置，两个蓝色圈是同一个位置，不同之处是一个是仿真结果一个是实物。

图6的右边为排气管中尿素喷射位置处实物照片，其中的铁杆表示尿素喷雾锥角的中心线（Spray axis ），在实际工作中不存在铁杆。

图6 入射角度过大导致的结晶
工况点
出口压力
bar
温度 ℃ 喷射持续
时间ms A25 1.02 257 36 B50
1.07 338 113 C100
1.18
544
153
结晶的形成还与柴油机的运行工况有关，在低温、低负荷时，由于气流速度较低，对液滴的运动轨迹影响不太大；使得直径较大的液滴撞到对面弯管上；而在高温、高负荷时，由于气流速度较高，对液滴的运动轨迹影响较大，将液滴吹向弯管外侧下游管壁附近，也容易生产结晶物，因此合理的选择入射角度非常关键。

图7为相同工况下，不同入射角度喷雾仿真结果对比，其中右边图的入射角度较小，左边图入射角度较大。

图7 不同不同入射角度入射角度入射角度喷雾仿真结果对比喷雾仿真结果对比
通过CFD 计算分析可以得到的比较合理的入射角度，其在不同工况下的喷雾仿真结果如
下图8所示。

图8 合理选择入射角度
对于尿素喷射位置1、2的选择主要看液滴的雾化情况，雾化情况好对后面在蜂窝结构中
的化学反应将会非常有利，CFD计算仿真结果显示，两个位置SCR系统都能较好的实现雾化，两个位置都可选择。

5. 结语
（1）通过FIRE的计算仿真，能比较迅速的确定合理的喷雾入射角度，并且与试验结果具有较好的一致性。

（2）作为CFD三维仿真工具，FIRE软件使用方便、可靠，是很好的柴油机设计开发的辅助工具，能更快的找到最优方案，节约开发成本和开发时间。

参考文献
[1] A VL, "AVL FIRE8.5 Theory", 2006。