喷嘴集成式SCR混合器设计与数值模拟研究

根据某柴油机设计一款喷嘴集成式选择性催化还原(SCR)系统,使其排放满足国Ⅴ标准,结晶量小于3g。首先研究穿孔管加混合器结构,结果表明这种结构的载体前端面蒸汽均匀性系数和尿素蒸发量不能满足设计要求,且在混合器上会形成大块结晶。随后提出一种新型混合腔结构,分析表明:载体前端面速度和蒸汽均匀性系数分别为0.95和0.98,载体能被充分利用;喷射系统采用三孔气助喷嘴,使得喷出的液滴直接撞向内筒圆管,在内筒圆管的高温作用下,液膜全部蒸发;此外尿素喷射轨迹会在底部形成2个较大旋涡,促进了液滴的雾化与混合。试验验证此结构SCR排放满足国Ⅴ标准,在低温工况下NO_x转化效率明显高于其他结构,尿素结晶满足设计要求。     

基于仿真与试验的SCR混合器开发及验证

为解决国Ⅵ排放法规下柴油机后处理系统尿素结晶风险过高的问题,提出了一种选择性催化还原(SCR)系统混合器设计优化及性能验证方法．首先,借助计算流体动力学(CFD),对建立的后处理系统模型进行了4种典型工况条件下速度场和氨(NH₃)分布均匀性等性能的数值仿真,然后通过台架进行NH₃分布均匀性试验对仿真过程进行优化,基于对优化后仿真结果的分析,提出了一种结合破碎格栅、导流装置和微孔整流板等设计元素的混合器优化方案．高温高速工况下,该方案可在基本不影响排气背压情况下将SCR₁载体内部的速度分布均匀性从0.951提升至0.976,NH₃分布均匀性从0.947提升至0.979,瞬态尿素结晶风险试验结果表明：该方案具备优异的混合性能与抗结晶性能．     

2.8 MW热水锅炉SCR脱硝数值模拟分析

借助CFD数值模拟分析和优化2.8 MW热水锅炉尾气SCR脱硝系统。模拟结果表明：尿素液滴中位粒径为25μm时,蒸发时间小于0.06 s,停留距离约为2 250 mm,将混合器设置在喷枪下游2 800 mm处,可有效防止液滴对混合器造成冲蚀。经优化设计的混合器、导流板、孔板显著加强了氨氮混合,进入第一层催化剂氨气均匀性系数小于15%,满足脱硝反应工艺要求。     

重型柴油机NO_x尿素SCR混合器的设计与试验研究

设计了2种紧凑型混合器,分别为带4个叶片的混合器1和带4组叶片对(8个叶片)的混合器2。试验用U型管和傅里叶变换红外光谱仪研究了混合器对压力损失和NOx转化效率的影响。试验结果表明:排气流量、排气管管径对压力损失影响较大,而温度对压力损失影响较小;混合器2的压力损失比混合器1的小;混合器使NOx转化效率最大提高约10%;混合器安装在喷嘴后端比安装在喷嘴前端时的NOx转化效率高;无混合器时外径63mm排气管对应的NOx转化效率比外径76mm排气管对应的NOx转化效率提高约8%。     

大功率柴油机尿素-选择性催化还原系统混合器仿真与试验研究

针对大功率柴油机选择性催化还原技术(SCR)应用需求,设计了两种混合器方案,两方案的差别在于是否在喷射点前安装前置混合器。利用计算流体动力学(CFD)技术对两方案的气流轨迹、尿素分解率、分布均匀性及压力损失进行了仿真分析,并进行D2排放循环测试验证两方案的NO_x转化效率。仿真及试验结果表明:安装前置混合器可以产生旋流,促进尿素液滴与气流充分混合,提高尿素分解率和NH_3分布均匀性,压力损失增高;安装前置混合器能够提高SCR催化器的NO_x转化效率,并可以通过标定优化使NO_x比排放满足欧盟第五阶段排放限值要求。研究表明,前置混合器更能适应当前及未来大功率柴油机NO_x排放法规限值要求。     

SCR脱硝系统静态混合器数值模拟

基于数值模拟方法,研究SCR脱硝系统导流板优化布置后,静态混合器不同半径、不同安装角设计方案对催化剂入口截面处氨气摩尔浓度和速度分布的影响。结果显示,半径1.0 m、安装角30°情况下催化剂入口截面氨气摩尔浓度偏差小于5%、速度偏差小于15%,氨气和烟气混合较均匀,满足SCR脱硝系统设计要求。     

柴油机SCR系统的试验研究与数值模拟

本文以32.5%的尿素水溶液作为还原剂,对SCR系统进行试验研究。使用YC4F115-40共轨柴油机,搭建了SCR台架测试系统,并且进行了试验分析和数据标定。在发动机台架上以2100r/min转速下的不同扭矩点进行NOx转换效率实验,并运用通用CFD软件FIRE数值解析了不同还原剂当量比下的NOx还原过程。台架试验和数值模拟结果表明,不同扭矩工况下NOx转换率都得到较理想的结果,尤其是稳定状态时可高达90%,并且控制n(NH3)/n(NO)比值在1.2时计算结果最好。     

柴油机Urea-SCR尿素喷射过程参数优化及数值模拟研究

建立SCR尿素喷射及催化反应器的三维物理模型,得到在各种不同工况下,排气速度和温度对尿素液滴分布及组分浓度分布均匀性影响,并优化了尿素喷射位置和角度;同时设计安装一款简单紧凑型的混合器,对加装混合器后的氨浓度分布进行了分析,并结合试验归纳出尿素喷射过程对NOx转化效率的影响因素。研究结果表明:排气速度的提高影响喷雾的形态,液膜的生成主要发生在低温低转速工况;改变喷射位置和喷射角度对均匀性影响不明显;安装混合器可以明显改善氨浓度均匀性及转化效率,分别提升0.89%和92%,液膜有一定程度的增加,压力损失600Pa,控制在一个相对较低的水平。     

非均匀来流条件下SCR系统静态混合器布置及喷氨优化数值模拟研究

针对某650 MW机组W炉SCR系统静态混合器在非均匀来流条件下的布置及喷氨优化进行了数值模拟研究.通过分析常规导流板设计下SCR系统内流场,提出利用静态混合器对SCR系统进行分区流场优化.大范围混合器布置在脱硝入口烟道,分区混合器布置在喷氨格栅下游并将烟道划分为3个分区.经分区流场优化后,SCR系统内流速、温度和NO...     

基于CFD的Urea-SCR混合器性能研究

应用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件建立了尿素溶液的喷射雾化和蒸发分解模型,喷雾与壁面相互作用模型和尿素选择性催化还原(SCR)催化器的NOx催化反应模型。研究了叶片型混合器不同布置方案对尿素溶液雾化、蒸发和分解及催化剂入口NH3分布均匀性的影响。数值计算结果显示:叶片型混合器能够提升尿素喷雾雾化效果,提高尿素蒸发分解效率,改善NH3的分布均匀性。混合器布置在离喷嘴1倍排气管直径的位置,SCR系统具有最佳的喷雾雾化效果和尿素分解效率;混合器布置在3倍排气管直径的位置,SCR系统具有最佳的NH3分布均匀性。台架试验和数值计算结果表明:混合器布置在距离喷嘴1倍排气管直径位置时,SCR系统具有更高的NOx的催化转化效率。     

柴油机选择性催化还原后处理系统仿真

采用计算流体动力学(CFD)与化学反应动力学结合的方法,建立了车用Urea-SCR排气后处理系统的数值模型,包括尿素水溶液蒸发及热解、催化还原化学反应等过程,NH3吸附/解吸附反应被视为"冻结".采用一维CFD计算分析了不同温度下(260℃、280℃、320℃、408℃),n(NH3)/n(Nox)(物质的量之比)≤1对Nox转化率的影响;采用三维CFD计算比较了混合器对系统流场、浓度场及Nox转化率的影响.计算结果表明:NH3不过量时,高温下Nox转化率与n(NH3)/n(Nox)成正比,低温下存在一个临界n(NH3)/n(Nox),达到该临界值后Nox转化率趋于定值,NH3泄漏迅速增加;较好的混合器设计可以增加尿素热解时间和催化剂前NH,体积分数分布均匀性从而提高Nox转化率;仿真与试验结果吻合较好.     

柴油机Urea-SCR催化器的数值模拟与优化

运用计算流体动力学(CFD)的方法对某一柴油机Urea-SCR催化器进行了数值模拟,考虑了尿素溶液的喷射雾化、水分蒸发以及热解过程,忽略了载体内部的表面化学反应过程。通过考察载体入口处氨气分布均匀性系数,对有无混合器、不同喷射距离、不同喷孔分布形式及不同喷孔直径条件下的催化器性能进行评估对比,为催化器的进一步优化提供指导性意见。     

船用柴油机选择性催化还原系统设计及试验验证

结合船用中速柴油机开展选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)系统的设计和性能试验验证,着重关注还原剂均匀分布、排气均匀度、系统稳定可靠控制及催化剂布置等方面,形成适用于船用环境的SCR系统设计方案.基于6L21/31中速柴油机D2以及E3循环工况开展SCR系统配机试验,结果...     

柴油机尿素选择催化还原技术现状及发展趋势

严格的排放法规要求进一步降低NOx排放,选择催化还原(SCR)技术是欧V和欧VI阶段去除NOx的主流技术。首先介绍降低柴油机NOx排放的尿素选择催化还原技术(Urea-SCR)的化学反应机理,然后分别从尿素存储装置、尿素供给系统、催化器及控制单元等方面指出Urea-SCR的研究现状,最终在已有研究基础上对SCR技术的发展趋势进行分析。     

喷油策略对伞喷柴油机工作过程影响的数值模拟研究

对一种新型柴油机喷嘴进行了可视化试验与模拟计算.应用三维CFD（Computational Fluid Dynamic）软件模拟了两种喷雾形式下不同喷油参数对柴油机混合气形成、燃烧及排放的影响,得到了最佳的喷油策略.结果表明,相对于复合喷雾,伞形喷雾在混合气形成方面存在一定的优势,对燃烧和排放有较大改善;混和气形成较好,燃烧效率高,指示油耗较低,碳烟二次氧化迅速.并且伞形喷雾中,采用小的索特平均直径,高的喷射速度,能够使发动机性能得到较大地改善.     

四气门柴油机可调进气涡流系统的数值仿真研究

按照可调进气涡流进气道的设计原则设计了1132Z柴油机新的气道组合,该气道组合的数值计算结果表明,调节直气道内的挡板高度可以调节缸内涡流比;分析了气道内的流场分布,总结出柴油机进气涡流可调的机理,最后的发动机台架试验表明,在最大扭矩点调节涡流比可以使油耗降低7.1 g/(kW.h),波许烟度降低0.2 Rb。     

车用柴油机Urea-SCR催化器优化设计及试验研究

运用CFD手段对SCR催化器进行了优化设计,分析了初级混合管内速度分布、载体内流量均匀性等。模拟结果表明:优化设计后的SCR催化器减少了尿素液滴碰壁的几率,提高了尿素液滴与尾气的混合均匀性。对优化设计后的SCR催化器进行性能试验、初期耐久试验和道路验证试验。试验结果表明:优化设计后的SCR催化器在欧洲稳态循环(ESC)和欧洲瞬态循环(ETC)下氮氧化物(NOx)转化效率相比原结构SCR催化器分别提高了11.8%和13.8%,且能有效避免尿素结晶结石等沉积物的形成。     

柴油机冷却系统设计及模拟分析

为了满足某柴油机的冷却系统的开发需求,对其进行了三维流体模拟计算分析,得出了发动机水套各主要位置的流速及换热系数的分布情况.在此基础上,应用Flowmaster对标定工况下调温器全开的状态进行了一维流动分析,进一步明确了系统中各主要零部件的阻力分配及流量分配.分析表明,该发动机的冷却系统设计能够满足发动机的设计目标.     

天然气发动机混合器结构设计研究

混合器结构对保证天然气与空气的混合以及两者的流量满足合适的比例有着重要影响.通过理论计算分析,得出满足天然气发动机正常工作的混合器喉口直径与燃气孔直径的关系.根据发动机过量空气系数与平均有效压力关系,针对某发动机进行了混合器管路的结构设计.结合整机实验进行空燃比测试,验证了混合器设计的合理性.