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船用SCR系统尿素喷射及混合均匀性仿真研究
| 论文题名： | 船用SCR系统尿素喷射及混合均匀性仿真研究 |
| 关键词： | 船舶设备;选择性催化还原系统;尿素喷射;流场均匀性 |
| 摘要： | MARPOL公约附则Ⅵ的生效以及国内相关排放控制区的建立都对船舶NOx的排放提出了更高的要求。在几种船舶常用的NOx后处理减排技术中，选择性催化还原技术(SCR)能够较好达到TierⅢ排放要求。而在SCR系统中，尿素水溶液与废气混合越均匀，则催化剂载体前还原剂(NH3)分布越均匀，NOx转化效率越高。其中尿素水溶液与废气混合均匀性主要受到尿素喷射雾化特性和SCR系统结构的影响。 本文以某船用SCR尿素喷射混合系统为研究对象，首先使用计算流体力学常用软件Fluent建立SCR系统尿素喷射系统数值模型，通过仿真模拟研究尿素喷嘴参数及布置方案的改变对尿素水溶液喷射雾化质量的影响，确定适用本文SCR系统的最佳喷嘴参数及布置方案。然后为进一步提高流场混合均匀性，在喷嘴参数及布置方案确定的基础之上，设计一款混合器加装在喷嘴下游并对混合器安装位置及结构参数对流场混合均匀性的影响进行研究。论文主要研究内容为: (1)尿素喷射系统数值模型的建立。首先针对SCR工作原理及Fluent对尿素喷射混合系统的数值模拟过程，选择了相应计算模型，然后对船用SCR的喷射混合系统进行三维建模及网格划分，并根据柴油机相关参数进行Fluent模拟设定与参数设置，为接下来的仿真工作提供理论支撑。 (2)喷嘴参数及布置方案仿真分析。使用Fluent软件对喷嘴与扩张管入口距离、喷嘴与管壁距离、孔径和喷孔个数等影响尿素喷射雾化质量的因素进行仿真分析，确定出适合所选用柴油机SCR系统的喷嘴参数及布置方案。 (3)混合器的设计及效果验证。在喷嘴参数及布置方案确定的基础之上，根据柴油机相关参数及流体混合原理，设计一款混合器，然后与对照混合器的混合效果进行对比，验证所设计混合器对流场混合均匀性的影响。仿真结果表明，在喷嘴下游安装混合器能够有效提高尿素水溶液与排气的混合均匀性，且本文设计的混合器的混合效果更好。 (4)混合器安装位置及结构参数仿真研究。在验证了初始设计的混合器能够有效提高流场混合均匀性的基础上，对混合器的安装位置及结构参数对混合均匀性的影响进行仿真研究并确定出混合效果较好的混合器安装位置及结构参数。根据仿真结果，本文确定的混合器最佳安装位置及结构参数为:混合器中心距喷嘴下游1000mm，分流板平面与排气管轴线的夹角为30°，混合器中心圆上贯穿圆孔直径Φ=45mm。 |
| 作者： | 张奇 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 张洪朋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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