當(dāng)今時(shí)代,國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)越來(lái)越重視,為嚴(yán)格控制機(jī)動(dòng)車污染,國(guó)家決定從2018年元旦開始,對(duì)輕型柴油車全面實(shí)施國(guó)Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)。課題就是針對(duì)SOFIM8140.43S4這樣一款已經(jīng)采用SCR(選擇性催化還原技術(shù))作為后處理方案的輕型柴油機(jī)進(jìn)行研究的,通過(guò)對(duì)這款輕型柴油機(jī)的SCR催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究,使其能夠滿足國(guó)Ⅴ排放要求,課題主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新之處如下:1、對(duì)柴油機(jī)后處理SCR催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行原理分析,以SOFIM8140.43S4輕型柴油機(jī)為對(duì)象,對(duì)其SCR催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)及相關(guān)部件的選型。2、利用Gambit軟件建立SCR催化轉(zhuǎn)化器的二維模型,采用Fluent軟件對(duì)SCR催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行二維穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的數(shù)值模擬,通過(guò)仿真方法來(lái)分析典型SCR催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)部流動(dòng)特征。3、分別建立入口擴(kuò)張管角度、出口收縮管角度、載體長(zhǎng)度、載體間的間隙等不同的計(jì)算模型,通過(guò)Fluent數(shù)值模擬來(lái)研究不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下SCR催化轉(zhuǎn)化器的內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律。結(jié)果表明,入口擴(kuò)張管角度、載體長(zhǎng)度、載體間的間隙這三個(gè)參數(shù)能為SCR催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究提供依據(jù)和指導(dǎo),而出口收縮管角度不作為優(yōu)化參數(shù)。4、基于Nelder-Mead算法對(duì)SCR催化轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化研究,以盡可能增大SCR催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)部載體出口端面中心處的氣體流動(dòng)速度均勻性為優(yōu)化目標(biāo),并對(duì)優(yōu)化后的SCR催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行內(nèi)流場(chǎng)分析。結(jié)果表明,在A25和B50工況下,優(yōu)化后的SCR催化轉(zhuǎn)化器載體出口端面中心處氣體流速均勻性指數(shù)均達(dá)到0.872以上,優(yōu)化后的SCR催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)部流速分布均勻性有很大提高。5、對(duì)優(yōu)化后的SCR催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行匹配SOFIM8140.43S4輕型柴油機(jī)的排放試驗(yàn)。結(jié)果表明,優(yōu)化后的SCR催化轉(zhuǎn)化器正常工作,ESC循環(huán)下NO_X比排放量為1.824g/(kW·h),達(dá)到了輕型車國(guó)Ⅴ排放要求。
【學(xué)位單位】：南京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U464.172
【部分圖文】：

NOX（氮氧化物）的比排放量要降低 30%，另外，PM（顆粒物）的比排放量要降0%，氮氧化物和顆粒物的下降幅度都很大，但重點(diǎn)是降顆粒物。從歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)，又特別強(qiáng)調(diào)對(duì)氮氧化物的控制，即 NOX排放要再降低 40%，其比排放量原來(lái)的 3.5g/（kW·h）降到 2.0g/（kW·h），而對(duì)顆粒物的排放要求保持不變，仍舊為歐Ⅳ階段的 0.02g/（kW·h）。

.3 SCR 技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.3.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀2010 年，Kamasamudram 等人將柴油機(jī)置于穩(wěn)態(tài)工況下，重點(diǎn)研究了柴油機(jī)的排氣與 NOX轉(zhuǎn)化效率之間的關(guān)系，最終得出：隨著發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的不斷升高，NOX轉(zhuǎn)化效率是一直升高的，而是先升高后降低[17]。2011 年，Subhasish Bhattacharje 等人利用強(qiáng)大的數(shù)值模擬軟件模擬出重型柴油機(jī) S統(tǒng)中尿素水溶液的噴射以及霧化等一系列的過(guò)程，重點(diǎn)研究了 SCR 催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)部載端的氨氣濃度的分布狀態(tài)，還研究了載體上催化劑所受阻力大小與催化劑的分布情況系問(wèn)題，最終得出 SCR 催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)部載體上催化劑的阻力越小，催化劑的分布越不[18]。2011 年，MF. Hsieh, J. Wang 等人經(jīng)過(guò)研究提出了一種新的控制策略，這種控制策略圖 1-2 降低排放的主要技術(shù)路線Fig.1-2 The main technical routes for reducing emissions

2.1.2 SCR 催化轉(zhuǎn)化器的工作原理SCR（選擇性催化還原技術(shù)）的工作原理可以表述為：利用氨氣或者是尿素水（urea與氮氧化物（NOX）進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而使有毒并對(duì)環(huán)境有害的氮氧化物氣體轉(zhuǎn)化成為無(wú)毒的氮?dú)猓∟2）和水（H2O）。SCR 后處理裝置是根據(jù)氮氧化物的還原原理，將適量的尿素水噴入柴油機(jī)的排氣管中使其與汽車排放的尾氣混合，同時(shí)在 SCR 催化轉(zhuǎn)化器的作用下將尾氣中的 NOX還原成氮?dú)猓∟2）和水（H2O），與此相關(guān)的反應(yīng)原理如下[27-28]：當(dāng)柴油機(jī)排氣溫度高于 160℃時(shí)，尿素便會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)式（2-1）：2 2 3 2 2CO ( NH ) 2 H O 2 NH CO H O(T>160 ℃) （2-1）而如若柴油機(jī)的排氣溫度小于160℃或者尿素在SCR 催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的催化劑前的排氣管內(nèi)停留時(shí)間過(guò)短，都會(huì)阻礙尿素的正常水解反應(yīng)的進(jìn)行。當(dāng)溫度高于 300℃時(shí)，排氣管中的高溫環(huán)境比較利于相關(guān)化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，能使尾氣圖 2-1 尿素 SCR 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖Fig.2-1 Structure composition of urea SCR system

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