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原文传递船用SCR系统还原剂喷射研究

论文题名：	船用SCR系统还原剂喷射研究
关键词：	SCR系统;船用柴油机;还原剂;数值模型
摘要：	本文以 TierⅢ排放法规为背景，以某型船用柴油机为研究对象，根据柴油机的主机参数及尾气排放数据，设计与之匹配的SCR系统，建立SCR催化转化器的几何模型并确立相应的边界条件，运用Fluent软件中的离散相模型对尿素喷雾溶液及柴油机尾气的流动与分布进行模拟，并基于流速的均匀性评价指标对模拟结果进行分析。本文主要从以下几方面进行了研究：　　（1）为了提高尿素喷雾溶液分布的均匀性及与发动机排气接触更加充分，根据柴油机的排放数据、尿素溶液的喷射量及假设条件建立了 SCR反应器的三维数值模型。运用Fluent软件中的离散相模型，将喷射位置与反应器入口的距离、喷嘴的喷射位置、反应器入口扩张角、不同的反应器截面等参数对喷雾与排气混合均匀性的影响进行模拟。运用基于流速的均匀性评价指标对模拟结果进行分析，并得出不同参数下的均匀性指数，然后根据得到的均匀性指数，确立尿素喷雾与排气混合效果最佳时的喷雾参数及反应器参数。为使尿素溶液喷雾液滴与排气的混合更均匀，混合效果更好，设计一款静态混合器，然后对安装混合器前后的喷雾与混合情况进行模拟，分析混合器的效果。　　（2）研究 SCR系统还原剂的喷射方案时，为了验证还原剂的喷射效果对 SCR系统催化还原反应效率的影响。以 Eley-Rideal机理建立了化学反应的单孔道三维模型，以V2O5/TiO2为催化剂，以还原剂与排气混合后得出的数据作为边界条件，模拟了不同温度、不同Re、不同NO入口浓度及不同空速对NO催化转化率的影响。通过模拟得出影响催化还原反应效率的主要因素，并绘制出温度、Re、NO入口浓度及空速与反应效率的关系曲线，通过分析可以验证还原剂喷射方案的可靠性，同时可以得出最优的催化反应条件，为反应器的结构优化设计提供一定的参考。　　（3）根据模拟得出的结论，在4102型柴油发动机上安装SCR后处理系统，待发动机稳态运行时选用喷射效果最好的四孔喷嘴，沿排气管道中心轴线向排气管道中喷射尿素水溶液，并记录尿素喷射前后反应器出口处的NOX含量。用两种不同的催化反应器分别进行 ESC试验，试验研究发现：当尿素溶液的喷射量过多时，由于氨泄漏的发生，使得催化反应器出口的NOX数值反而升高；当发动机的排气温度过低或过高时，两种催化反应器的催化反应效率均较低。
作者：	刘吉财
专业：	船舶与海洋工程
导师：	马哲树
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏科技大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文