本文關(guān)鍵詞：船用柴油機SCR反應(yīng)器數(shù)值模擬與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：MARPOL公約附則VI對船舶柴油機NOx排放限制日益嚴格。SCR處理技術(shù)因其不改變柴油機本體結(jié)構(gòu)、脫硝效率高、經(jīng)濟性好、適用溫度范圍廣，成為船用柴油機極具前景的NOx排放處理方法之一。 本文利用BOOST和FIRE仿真軟件，，針對某船用柴油機SCR系統(tǒng)建立了仿真模型，并開展了仿真分析，包括：SCR反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、各工況下的性能分析以及整機匹配性能分析等。 首先，通過臺架實驗測得該柴油機在E3和D2模式下各工況點的排氣參數(shù)，并以額定工況排氣參數(shù)確定SCR反應(yīng)器的基本參數(shù)。通過BOOST軟件，建立一維SCR反應(yīng)器模型，仿真分析不同反應(yīng)條件和結(jié)構(gòu)尺寸對反應(yīng)器性能的影響。然后，通過響應(yīng)面優(yōu)化分析方法，對SCR反應(yīng)器進行結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果為：反應(yīng)器的橫截面積為0.069m2，長度0.974m、載體孔密度140/in2、載體壁厚0.15mm、涂層厚度0.01mm。 其次，利用FIRE軟件，建立SCR反應(yīng)器三維模型。通過對反應(yīng)器擴張管內(nèi)部三維流場分析可得：擴張管錐角為90o時，反應(yīng)器內(nèi)催化劑載體的NH3分布面積達到最大，并且反應(yīng)器壓降最低。在90o擴張管錐角下，建立不同工況下的SCR反應(yīng)器模型仿真分析可得：在低負荷工況下，由于排氣溫度、排氣流量較低，催化劑活性受到影響，相比中高負荷，SCR反應(yīng)速率下降，NOx轉(zhuǎn)化效率降低，NH3滑移量隨之升高。 最后，通過BOOST軟件建立了帶有SCR反應(yīng)器的整機模型，仿真分析了SCR反應(yīng)器對柴油機動力性和經(jīng)濟性的影響。結(jié)果表明，經(jīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的SCR反應(yīng)器，在各工況點下對柴油機功率的降低和油耗率的增加幅度均在原機功率和油耗率的5%以內(nèi)，這說明設(shè)計的SCR反應(yīng)器各項參數(shù)基本滿足該柴油機的匹配要求。
【關(guān)鍵詞】：船用柴油機 SCR反應(yīng)器 數(shù)值模擬 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
【學位授予單位】：集美大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U664.121
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 主要符號表11-12
• 第1章 緒論12-19
• 1.1 選題背景及研究意義12-13
• 1.2 發(fā)動機 NO_x排放控制技術(shù)13-15
• 1.2.1 機內(nèi)凈化技術(shù)13-14
• 1.2.2 機外凈化技術(shù)14-15
• 1.3 SCR 技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.1 SCR 技術(shù)國外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 SCR 技術(shù)國內(nèi)研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.3 研究現(xiàn)狀分析17
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容17-19
• 第2章 SCR 系統(tǒng)數(shù)學模型及數(shù)值計算方法19-30
• 2.1 SCR 系統(tǒng)的組成及原理19-20
• 2.1.1 SCR 系統(tǒng)的組成19
• 2.1.2 SCR 系統(tǒng)工作原理19-20
• 2.2 數(shù)學模型20-22
• 2.2.1 基本控制方程20-21
• 2.2.2 湍流模型21-22
• 2.3 催化器相關(guān)模型22-25
• 2.3.1 催化劑表面化學反應(yīng)模型22-24
• 2.3.2 催化器多孔介質(zhì)模型24
• 2.3.3 傳熱傳質(zhì)系數(shù)的計算24
• 2.3.4 壓降模型24-25
• 2.4 尿素噴霧模型及液滴的蒸發(fā)模型25-28
• 2.4.1 液滴的連續(xù)性方程25-26
• 2.4.2 液滴蒸發(fā)模型26-27
• 2.4.3 湍流擴散模型27-28
• 2.5 數(shù)值計算方法28-29
• 2.5.1 松弛因子28
• 2.5.2 SIMPLE 算法28-29
• 2.6 小結(jié)29-30
• 第3章 催化劑的選型及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化30-51
• 3.1 船用 SCR 系統(tǒng)催化劑的技術(shù)要求30-31
• 3.2 催化劑成分的選擇31-32
• 3.3 催化劑尺寸的初步確定32-36
• 3.3.1 催化劑載體基本尺寸32-33
• 3.3.2 催化劑載體尺寸的初步設(shè)計33-36
• 3.4 催化劑性能分析36-44
• 3.4.1 催化劑性能評價指標36
• 3.4.2 SCR 反應(yīng)器一維模型的建立36-37
• 3.4.3 反應(yīng)條件對催化劑性能影響分析37-40
• 3.4.4 結(jié)構(gòu)尺寸對催化劑性能影響分析40-44
• 3.5 催化劑結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化44-45
• 3.5.1 響應(yīng)面法分析44
• 3.5.2 仿真試驗水平設(shè)計44
• 3.5.3 仿真試驗數(shù)據(jù)表設(shè)計及結(jié)果44-45
• 3.6 響應(yīng)面分析45-50
• 3.6.1 回歸模型與方差分析45-47
• 3.6.2 回歸模型準確性驗證47
• 3.6.3 等高線分析47-48
• 3.6.4 結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化48-49
• 3.6.5 SCR 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)尺寸的確定49-50
• 3.7 小結(jié)50-51
• 第4章 SCR 反應(yīng)器的三維數(shù)值模擬51-65
• 4.1 計算流體力學概述51
• 4.2 FIRE 簡介51
• 4.3 SCR 反應(yīng)器三維模型的建立51-53
• 4.3.1 計算模型51-52
• 4.3.2 邊界條件52-53
• 4.4 SCR 反應(yīng)條件的確定53-55
• 4.4.1 尿素理論需求量計算53-54
• 4.4.2 反應(yīng)時間尺度的確定54-55
• 4.5 尿素噴射參數(shù)的確定55
• 4.6 SCR 反應(yīng)器擴張管錐角的影響分析55-59
• 4.6.1 進氣流速分析55-56
• 4.6.2 濃度場的分析56-58
• 4.6.3 NO_x轉(zhuǎn)化率和 SCR 反應(yīng)器壓降及流體均勻性分析58-59
• 4.7 不同試驗循環(huán)下 SCR 反應(yīng)器性能分析59-64
• 4.7.1 壓力場的分析59-60
• 4.7.2 速度場分析60-61
• 4.7.3 NH_3和 NO 的反應(yīng)速率分析61-63
• 4.7.4 NO_x轉(zhuǎn)化率分析63-64
• 4.8 小結(jié)64-65
• 第5章 SCR 反應(yīng)器整機匹配性能分析65-72
• 5.1 柴油機整機模型建立65-67
• 5.1.1 數(shù)學模型65-66
• 5.1.2 模型驗證66-67
• 5.2 帶有 SCR 反應(yīng)器的整機模型建立67-68
• 5.2.1 模型的基本假設(shè)67
• 5.2.2 邊界條件的選取67
• 5.2.3 帶 SCR 反應(yīng)器的柴油機模型建立67-68
• 5.3 不同試驗循環(huán)下壓降分析68-69
• 5.3.1 E3 試驗循環(huán)68
• 5.3.2 D2 試驗循環(huán)68-69
• 5.4 不同試驗循環(huán)下整機性能分析69-71
• 5.4.1 E3 試驗循環(huán)69-70
• 5.4.2 D2 試驗循環(huán)70-71
• 5.5 小結(jié)71-72
• 第6章 結(jié)論與展望72-74
• 6.1 全文總結(jié)72-73
• 6.2 工作展望73-74
• 致謝74-75
• 參考文獻75-78
• 在學期間發(fā)表的學術(shù)論文78

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 李慶;黃先騰;彭日亮;;燃煤發(fā)電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的設(shè)計選型[J];華北電力技術(shù);2008年06期

2 徐華平;蘇石川;;某柴油機SCR系統(tǒng)的設(shè)計計算與優(yōu)化[J];江蘇科技大學學報(自然科學版);2009年06期

3 朱元清;周松;劉淼;王金玉;;船舶柴油機Urea-SCR系統(tǒng)催化反應(yīng)動力學分析[J];江蘇大學學報(自然科學版);2012年01期

4 張文娟;帥石金;董紅義;王志;王建昕;;尿素SCR-NO_x催化器流動、還原劑噴霧及表面化學反應(yīng)三維數(shù)值模擬[J];內(nèi)燃機學報;2007年05期

5 佟德輝;李國祥;陶建忠;孫少軍;;氨基SCR催化反應(yīng)的數(shù)值模擬及分析[J];內(nèi)燃機學報;2008年04期

6 辛U

本文編號：323120