尿素喷嘴对SCR 系统喷射雾化影响仿真研究

郭朋彦, 杨奥雷, 陈全征, 李立建

（华北水利水电大学机械学院， 河南 郑州 450045）

随着社会经济的发展，机动车数量不断增加，环境污染问题日趋严重，其中内燃机排放的污染物也已不容忽视。在内燃机中，柴油机相对汽油机有燃油经济性强和效率高等优点，一般多用在大型车辆和船只上等［1-2］。在柴油机排放的尾气中，主要的有害物质有氮氧化物（NOx） 和颗粒物（PM）。根据中国机动车环境管理年报（2019） 表明：柴油机排放的NOx约占总汽车污染物的70%，而PM约占90%，造成这种问题的主要原因是柴油机尾气温度比汽油机低，使尾气后处理系统不能高效工作［4］，Urea-SCR技术已被广泛应用于降低柴油机的NOx排放。尽管几十年来取得了显著进展，但随着全球NOx排放标准的日益严格，仍需要对Urea-SCR系统进行更先进的控制和优化。本文通过Fluent软件针对尿素水溶液的喷射进行了模拟研究，探究改变尿素喷嘴参数对NOx转化效率影响的研究。

1 Urea-SCR技术原理

Urea-SCR技术是通过控制单元的控制将32.5%的尿素水溶液在尾气排气管内以雾化的形式喷入，在排气管的高温环境中尿素水溶液进行热解反应生成氨气 （NH3） 和异氰酸（HNCO），氨气与尾气中的NOx在催化剂的作用下生成氮气和水，而异氰酸在催化剂的作用下生成氨气和二氧化碳，水解生成的氨气与NOx在催化剂的作用下发生氧化还原反应生成氮气和水。其反应机理可简化为下列几步。

1） 热解反应：

2） 水解反应：

3） 催化剂表面上的化学反应：

2 SCR计算模型

2.1 几何模型

如图1所示为Urea-SCR系统尾气管部分结构二维图，该部分结构由入口管、扩张管、催化剂、收缩管、出口管这5部分组成。……