紧凑式SCR净化消声装置设计与仿真研究

摘要

随着排放标准的日益严格,机内净化已经无法满足需求,因而加强机外净化成为柴油机排气净化的趋势。选择性催化还原(SCR,Selective CatalyticReduction)技术被认为是最具有应用前景的柴油机后处理技术。紧凑式SCR净化消声装置将SCR催化转化器和排气消声器功能结合成一体,既能起到对柴油机的尾气净化,又能实现有效降低排气噪声的双重效果,并且节省了布置空间。
　　 本文对影响紧凑式SCR净化消声装置流场分布、阻力损失和声学性能的因素进行综合分析。
　　 SCR催化转化器内部是典型的气液两相流,把蜂窝载体作为多孔介质。本文使用Fluent软件κ-ε双方程模型计算稳态流动的连续相,用Fluent两相流中的DPM模型模拟喷入SCR催化转化器内部雾滴颗粒的运动,相间耦合计算从而求解流场。研究了还原剂添加位置、催化器进出口锥管形状、载体长度、载体位置、载体长径比以及进口流速等因素对催化器流场分布和阻力损失的影响。
　　 使用有限元法对SCR催化转化器建立声学模型时,将SCR催化转化器划分为两个部分:催化载体部分和进、出口空腔部分。载体部分用等效流体描述,实际上是基于介质等效声速和等效密度的替换。在使用SYSNOISE声学软件进行计算时,分别给出两个不同区域的声速和密度,整个SCR催化转化器的边界条件为速度进口,阻抗出口,计算得到传递损失。结合文献实验值,验证了此方法的正确性。同时,分析了SCR催化转化器进出口锥管锥角、流体温度、载体长度、载体等效孔径等因素对催化转化器声学性能的影响。
　　 设计紧凑式SCR净化消声装置进行模拟计算,分析进口方式、内部连接管、穿孔管对紧凑式SCR净化消声装置流场分布、阻力损失和传递损失的影响。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题的目的和意义

1.2 柴油机尾气净化控制措施

1.2.1 各种排气后处理装置的特点与应用前景

1.2.2 SCR技术的发展状况

1.3 柴油机排气噪声及其控制

1.3.1 消声器声学性能计算方法及研究现状

1.3.2 消声器阻力损失计算方法及研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 SCR催化转化器流场数值模拟理论

2.1 SCR催化转化器流场数学模型

2.1.1 自由流动区的数学模型

2.1.2 载体内流动的数学模型

2.1.3 流场均匀性的表述方法

2.2 SCR催化转化器内部流场的求解

2.2.1 连续相流场的求解方法

2.2.2 离散相流场的求解方法

2.2.3 离散相中的喷雾模型

2.2.4 液雾颗粒运动蒸发的数学物理模型

2.3 本章小结

第3章 SCR催化转化器流场与阻力计算及分析

3.1 SCR催化转化器结构

3.2 SCR催化转化器流场计算

3.2.1 离散相数值模拟

3.2.2 SCR催化转化器总压及流场分布

3.3 影响SCR催化转化器阻力及流场分布的因素

3.3.1 喷嘴位置的影响

3.3.2 催化器形状的影响

3.3.3 载体长度的影响

3.3.4 载体安装位置的影响

3.3.5 载体不同长径比的影响

3.3.6 流速对催化转化器的影响

3.4 本章小结

第4章 SCR催化转化器声学性能计算及分析

4.1 消声器声学性能计算方法

4.1.1 传递矩阵法

4.1.2 有限元法

4.2 载体声学性能计算方法

4.2.1 载体的传递矩阵法

4.2.2 载体的有限元法

4.3 SCR催化转化器声学模型的建立

4.4 催化转化器声学性能分析

4.4.1 载体对催化转化器声学性能的影响

4.4.2 影响SCR催化转化器声学性能的因素

4.5 本章小结

第5章 紧凑式SCR净化消声装置结构设计与性能分析

5.1 内插管对紧凑式SCR净化消声装置声场和流场性能的影响

5.2 穿孔管对紧凑式SCR净化消声装置声场和流场性能的影响

5.3 侧置进口对紧凑式SCR净化消声装置声场和流场性能影响

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢