發(fā)布時間：2020-06-16 18:20

【摘要】：隨著排放法規(guī)逐漸向國Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)過渡,柴油機(jī)氮氧化物(NO_x)的排放限值進(jìn)一步降低,同時排放測試方法逐漸向全球統(tǒng)一的重型車發(fā)動機(jī)測量循環(huán)(World Harmonized Transient Cycle,WHTC)轉(zhuǎn)變,低速小負(fù)荷工況占比大幅增多,隨之低排溫條件頻現(xiàn),給尿素選擇性催化還原(Urea Selective Catalytic Reduction,Urea-SCR)系統(tǒng)帶來了新的挑戰(zhàn)。因此本文針對低排溫條件下尿素水溶液(Urea Water Solution,UWS)霧化混合質(zhì)量惡化、蒸發(fā)熱解過程不完善以及沉積風(fēng)險增大的問題,開展低溫(180℃)條件下尿素水溶液霧化混合性能優(yōu)化研究,為國Ⅵ超低排放控制提供一定的理論基礎(chǔ)。本文運(yùn)用AVL Fire軟件,建立尿素水溶液噴霧霧化、碰壁、蒸發(fā)熱解和液膜生成等模型,在模型驗(yàn)證的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)研究了噴射壓力、噴嘴軸線與排氣管軸線夾角(即噴射角度)對噴霧發(fā)展、氨氣濃度分布、液膜厚度等參數(shù)的影響規(guī)律,并進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化。研究得出:相比于高排溫(430℃),低排溫(180℃)條件下尿素水溶液碰壁現(xiàn)象嚴(yán)重,蒸發(fā)熱解過程受阻,導(dǎo)致氨氣濃度分布不均以及液膜生成。在低排溫條件下對于噴嘴傾斜安裝于直管的噴射系統(tǒng)而言,提高噴射壓力有利于小尺寸液滴的形成,能夠促進(jìn)液滴的蒸發(fā)熱解進(jìn)程,但有可能會造成噴霧碰壁區(qū)域更為集中,液膜形成增多的問題,而噴射角度的降低能夠使得噴霧液滴更易受到排氣氣流作用從而沿氣流方向運(yùn)動,可改善管內(nèi)液滴分布,減少與管壁的碰撞。因而提高噴射壓力同時適當(dāng)減小噴射角度,實(shí)現(xiàn)兩者之間合理匹配,有利于提高氨氣濃度分布均勻性,減少液膜形成。其次,在噴射霧化優(yōu)化的基礎(chǔ)上,研究了低排溫(180℃)條件下,SCR混合器對尿素水溶液噴霧混合強(qiáng)化的作用機(jī)理,并通過正交試驗(yàn)對混合器結(jié)構(gòu)及位置進(jìn)行了影響程度規(guī)律探尋和參數(shù)優(yōu)化。研究得出:混合器的作用主要體現(xiàn)在較強(qiáng)的氣流擾動作用以及液滴二次破碎過程,因此得以實(shí)現(xiàn)尿素水溶液噴霧混合過程的強(qiáng)化�；旌掀饕砥嵌葘旌线^程影響最為劇烈,其次為收縮角度和葉片角度,而距噴嘴距離與漸縮管寬度影響較小,并以此確定了混合器最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)與位置,氨氣濃度分布均勻性系數(shù)提高至0.91,壓降為120Pa。此外,縮短混合距離會降低尿素水溶液霧化混合性能,而通過加裝混合器,當(dāng)混合距離降低至4倍管徑長度時,仍能夠?qū)崿F(xiàn)良好氨氣濃度分布均勻性。最后,基于米氏散射定理,搭建了實(shí)際樣機(jī)排氣條件下排氣管內(nèi)尿素水溶液液滴分布激光可視化試驗(yàn)平臺,測量了180℃、200℃、220℃和240℃排氣溫度下管內(nèi)不同截面上的液滴分布情況,結(jié)果表明:溫度越低,截面上米爾散射光強(qiáng)越大,液滴尺寸越大,液滴分布更為不均,抑制了尿素水溶液液滴的蒸發(fā)熱解反應(yīng),突出了低排溫條件下改善霧化混合過程的必要性。該試驗(yàn)為研究尿素水溶液霧化混合過程提供了平臺,然而由于時間有限,后續(xù)將繼續(xù)進(jìn)行對優(yōu)化方案的試驗(yàn)驗(yàn)證研究。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK421.5
【圖文】：

柴油機(jī) SCR 低溫條件尿素水溶液霧化及混合性能優(yōu)化研究氣濃度分布不均，從而造成 NOx轉(zhuǎn)化效率下降，甚至是催化劑阻塞，降低 Urea-SCR 使用壽命。因此本文將針對國Ⅵ階段低排溫條件給 Urea-SCR 系統(tǒng)所帶來的問題，從改善霧化和混合過程出發(fā)，開展尿素水溶液霧化及混合性能優(yōu)化研究。以銅基催化劑最低工作溫度為溫度邊界，解決低排溫（180℃）條件下尿素水溶液霧化混合質(zhì)量惡化問題，進(jìn)而促進(jìn)尿素水溶液蒸發(fā)熱解過程，降低尿素沉積結(jié)晶風(fēng)險，改善氨氣濃度分布，為催化劑內(nèi)部還原反應(yīng)提供良好邊界條件，提升 Urea-SCR 系統(tǒng)低排溫條件工作性能。

圖 2.1 噴霧液滴與壁面相互作用圖Fig. 2.1 Regime map for spray/wall interac-Gosman[49, 50]二次破碎模型考慮尿素水溶孔內(nèi)部湍流流動是破碎機(jī)理的主要影響因時間尺度t 來衡量湍流脈動，其定義為：0.4570561dilfetC tL CC t 6 0dilfe C C t3 25avgavgkC C 0 50 100 150 0.8無量綱速度因子 K

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 陳悅;呂林;沈捷;;基于詳細(xì)沉積物模型的尿素噴嘴內(nèi)部結(jié)晶研究[J];內(nèi)燃機(jī)工程;2015年01期

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 趙彥光;柴油機(jī)SCR技術(shù)尿素噴霧熱分解及氨存儲特性的試驗(yàn)研究[D];清華大學(xué);2012年

本文編號：2716395