船用SCR催化反应器流场分析及结构参数优化研究

许 越，倪培永，陈 旭，喜冠南

（1.南通大学机械工程学院，江苏 南通 226019；2.南通柴油机股份有限公司，江苏 南通 226014）

1 引言

当前环境污染越来越严重，根据《中国移动源环境管理年报（2019）》2018年数据，船舶柴油机NOx排放量为177万吨［1］，已成主要的大气污染源之一。目前船舶柴油机的排放标准也越来越严格，世界各国相继制定了相应的排放限值法规，如何有效降低船舶柴油机NOx排放成为当前的研究热点。

SCR 技术作为目前最有效、最具有发展前景的NOx减排技术。优化SCR反应器结构参数对提高催化剂的净化性能，减小排气阻力，延长其使用寿命具有重要意义。SCR催化反应器的内部流动十分复杂，涉及湍流流动、多孔介质流动、喷雾热解水解、化学反应等过程，常规的实验方法不仅耗费大量人力物力，且无法反映出SCR催化器内部具体的流动与化学反应信息。计算机流体力学（CFD）技术能够展现流体机械内部流速和压力分布规律，大大缩减试验时间和设计周期，降低开发成本，已在众多工业领域获得广泛应用［2-4］。文献［5］利用CFD软件对催化转化器内的流场进行三维稳态流动数值模拟分析，并针对载体位置、载体长度和出气管位置等结构参数进行数值模拟。文献［6］改进传统催化器的入口管和扩张管结构，设计了一种新型催化转化器结构，并利用CFD软件对传统和新型催化转化器进行模拟分析对比，验证设计的优越性。文献［7］利用FIRE软件在不同工况下对不同扩张角的圆锥形催化剂进行稳态数值模拟，得到最优扩张角，在此基础上加装扩张段导流装置，并对加装导流装置前后催化剂内流场分布进行比较。……