基于斯图加特机理的稀燃汽油机LNT催化器数值模拟研究

摘要

随着能源危机与环境污染问题的加剧，稀燃汽油机因其节能减排的优势备受业界重视。阻碍稀燃汽油机发展的重要因素之一是其NOx排放问题。吸附还原催化转化器 LNT作为净化发动机尾气排放的后处理方案可以很好的解决稀燃汽油机NOx排放问题。本文基于斯图加特机理建立了能准确模拟LNT工作过程的数值模型，对 LNT的工作过程进行数值模拟，从颗粒模型、孔道模型、LNT整体模型三个维度针对LNT的稀燃NOx吸附过程以及浓燃NOx脱附还原过程进行了详细的分析，并研究了LNT的存储能力、入口边界气体空速以及不同还原剂种类等对LNT工作性能的影响，为LNT的实际应用提供了理论依据。
　　本文研究了LNT内部存储物质的存储能力及对其LNT工作性能的影响。结果表明：存储能力增大时 LNT内硝酸钡 Ba(NO3)2覆盖率会降低，出口处 NOx溢出量减少，有助于提高LNT的NOx转化效率。此外还研究了LNT入口边界条件气体空速对LNT转化效率及LNT内部反应颗粒灰核渗透深度的影响，结果表明：当 LNT入口边界气体空速增大时，LNT对 NOx的转化效率降低，LNT内反应颗粒上硝酸钡灰核前端渗入位置加深，且加深的程度沿着 LNT轴向逐渐变大。此研究为发动机匹配 LNT提供了理论依据，即在实际应用中为发动机匹配LNT催化器时应综合考虑LNT的存储能力、LNT入口边界的气体空速等因素的影响，在控制成本的同时选择合适的LNT催化器达到最理想的NOx净化效果。
　　本文还比较了三种典型还原剂H2、CO、C3H6在LNT浓燃阶段的还原能力，结果表明：H2的还原能力最强，CO次之，C3H6还原性最差。H2与 CO可以使LNT彻底再生，循环工作。C3H6则会导致LNT再生不彻底，LNT对NOx转化效率很低。尾气中水蒸气H2O含量与CO的比例对CO还原剂还原效果影响显著，增加此二者比例可以减少稀、浓切换时NOx的突释值，从而有利于提升CO还原剂的还原效果。因此实际应用中可以通过增加浓燃阶段尾气中水蒸气含量达到提高LNT对NOx的整体转化效率的目的。

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字母注释表

第一章 绪 论

1.1 引 言

1.2 各国油耗标准及排放法规

1.3 汽油机稀薄燃烧技术

1.4 降低稀燃汽油机NOX排放的方法

1.5 本文的研究意义及主要研究内容

第二章 基于斯图加特机理的LNT工作过程介绍

2.1 LNT工作过程描述

2.2 斯图加特机理的应用

2.3 本章小结

第三章 LNT数值模型的建立与分析

3.1模型搭建与试验验证

3.2 LNT工作过程分析

3.3本章小结

第四章 基于LNT模型的数值模拟研究

4.1 碳酸钡存储能力对LNT性能的影响

4.2空速对LNT性能的影响

4.3 本章小结

第五章 不同还原剂对LNT转化效率影响分析

5.1不同还原剂还原效果分析

5.2 不同还原剂对LNT循环工作的影响

5.3 水蒸气含量对CO还原效果的影响分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

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