柴油机SCR系统尿素喷射的CFD分析

引言概述正文内容
1.工作原理：
1.1尿素溶液的喷射
1.2氮氧化物的还原反应
1.3氨的过程
1.4催化剂的作用机理
1.5尿素喷射与氨逃逸控制
2.性能优势：
2.1高效降低氮氧化物排放
2.2提高燃烧效率
2.3减少颗粒物排放
2.4适应不同工况和环境条件
2.5增加发动机寿命
3.注意事项：
3.1尿素溶液的选择和储存
3.2喷射系统的清洁维护
3.3SCR系统的温度管理
3.4氨逃逸的控制
3.5地区治理政策的遵守
4.实际应用案例：
4.1中重型柴油车辆
4.2工业排放控制
4.3发电厂和重工业领域
4.4海运行业和内河船舶
4.5SCR与其他排放控制技术的结合
5.总结：
本文对SCR尿素喷射系统的工作原理和性能优势进行了详细介绍，同时也提出了在实际应用中需要注意的事项。

SCR尿素喷射系统在降低柴油发动机尾气排放和改善空气质量方面具有重要的作用。

随着环境法规的趋严和用户对环保性能的要求不断提高，SCR 技术的应用前景十分广阔，也将推动其不断创新和完善。

在未来，SCR尿素喷射系统将成为柴油发动机排放控制的主流技术之一。

（正文部分，根据需要进行扩充和详细阐述。

）。

SCR系统尿素喷雾特性CFD仿真分析编号：SCR系统尿素喷雾CFD仿真分析编制：陆超群校对：审核：一汽解放公司无锡柴油机厂研发部电控开发室新技术组2014年4月1、计算目的评估不同的管路结构对SCR结晶生成风险的影响2、计算内容对六种不同结构的喷嘴管路进行详细的喷雾计算分析，采用相同的计算条件，对比六种方案管路内速度分布、气体温度、湍动能分布，找出结晶产生风险最低的方案。

3、计算过程分析3. 1计算条件计算采用STAR-CCM+8.04软件，操作系统为WindowsXP系统，喷雾模型选用液滴破碎、液滴碰壁及液滴蒸发模型，喷嘴喷射参数基于Bosch公司ETI5.2(3-hole)@9bar。

喷射尿素量186.52mg/s，进口流量391.48Kg/h，进口温度280℃，排气管温度230℃，喷嘴支座温度120℃。

3.2几何模型方案一方案二方案三方案四方案五方案六图1 计算区域几何模型方案一：管径100mm，直管段喷射。

方案二：管径100mm，90度弯管处喷射，支座未深入到管路内部。

方案三：管径100mm，120度弯管处喷射，支座为喇叭口形式，深入到管路内部。

方案四：管径100mm，120度弯管处喷射，支座为喇叭口形式，深入到管路内部，且法兰迎风面开孔开孔。

方案五：管径100mm，90度弯管处喷射，支座为喇叭口形式，深入到管路内部。

方案六：管径100mm，90度弯管处喷射，支座为喇叭口形式，深入到管路内部，且法兰迎风面开孔开孔。

3.3计算结果分析3. 3.1速度分布方案一方案二方案三方案四方案五方案六图2 管路中心截面速度分布方案一方案二方案三方案四方案五方案六图3 喷嘴法兰中心截面速度分布从图2中可以看出方案二、五、六均为90度弯管喷射，喷嘴下端管路内右侧气体流速较高，容易增大此处尿素液滴碰壁的风险，六种方案在喷嘴内均有少量的气体流动。

从图3法兰内流动放大图中可以看出方案一有明显的涡流产生，引起结晶生成的风险较大，方案二喷嘴处有少量的涡流产生，细小的液滴容易被涡流旋转带到法兰顶部，方案三、方案五产生的涡流流速较大，液滴容易被吹至法兰左侧壁面处，方案四、方案六法兰开孔后，明显改善了法兰处的流速分布。

共轨原创康明斯SCR后处理尿素喷射系统简介共轨导读之前几期的每周一课中，我们已经介绍过博世的后处理系统和解放的气驱后处理系统的工作原理，本期共轨之家与大家一起学习同样在市场上比较受欢迎的一款后处理系统——康明斯EcoFit尿素喷射系统。

该系统为康明斯自主研发的后处理系统，用于减少氮氧化物的排放，控制方式和逻辑都和博世系统有较大区别。

本期将着重介绍关于EcoFit康明斯尿素喷射系统的一些关键零部件以及其工作原理。

SCR系统一般包括4大模块：1. 发动机排放控制模块、2. OBD车载诊断模块、3. 车用尿素喷射模块、4. SCR催化器模块。

国四的车辆主要的区别就是新增了尿素喷射模块和SCR催化器模块，本期介绍EcoFit康明斯尿素喷射模块，关于SCR催化器模块以后将会做专题。

一、尿素计量泵计量泵只是一个执行机构。

直接受控于发动机ECM，并将DEF和空气在泵内混合，混合好后送至喷嘴处。

计量泵的自诊断系统在ECM中，技术参数如下：-计量泵是高精密部件；-计量泵耗气量17.5~22L/min.要考虑空压机的泵气量与负荷率；-要防止脏空气进入，有专门滤清器（5微米）；-正常工作耗电量32瓦，内部加热器工作时<200瓦, 峰值时<300瓦，最长工作时间30秒；-供气压力范围6~12巴；两种安装类型可供选择，不同的安装方式结构略有不同：1）罐上安装型计量泵：2）底盘安装型计量泵：ECM计算出在各种发动机工况下精确的尿素喷射率，以及整车压缩空气系统时的尿素混合空气量，然后将雾化的尿素通过喷嘴注入排放处理系统，与尾气混合后通过催化剂。

尿素计量泵内部结构详解：1、空气切断阀:此阀受ECM控制，有两种选项：12V or 24V两个功能:-调节压力-空气路开关特性-最大进气压力：10bar-工作温度：-40℃~ 85 ℃-调压后是：3.15~3.8Bar2、主滤芯组件总成在组装之前先用植物油或等效物润滑主滤芯上的O型圈，将滤芯压入泵体滤芯腔并确保滤芯体完全入座。

基于国六标准的柴油车SCR系统的流场分析及喷射参数优化冯海峰;时岩;张建强【摘要】为了使柴油车排放满足即将实施的国六标准,提出一种全新SCR系统结构.然后根据计算流体动力学理论、使用ANSYS Fluent软件在3种工况下对本SCR 系统流场进行了数值模拟,研究了不同喷孔孔数、喷孔孔径和喷射角度对SCR裁体前端平面上氨气分布均匀性的影响,并且确定最优喷射参数为8孔、130μm孔径和45°喷射角.与传统的SCR系统相比,氨气分布均匀性4.9％～6.0％的提高使得本SCR系统的最高脱硝率提升了24％.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2019(041)005【总页数】6页(P135-140)【关键词】柴油车国六标准;选择性催化还原;计算流体动力学;流场分析;氨气分布均匀性;喷射参数【作者】冯海峰;时岩;张建强【作者单位】南京理工大学机械工程学院,南京210094;南京理工大学机械工程学院,南京210094;南京理工大学机械工程学院,南京210094【正文语种】中文【中图分类】TK4220 引言2016年底，国家环境保护部发布了《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（征求意见稿）（简称柴油车国六标准）；国六标准对柴油车的尾气排放提出了更为严格的限制，并将从2020年开始全面实施[1]。

这对柴油发动机的各类净化技术又提出了新的要求。

选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）是目前比较成熟的柴油机机外净化技术之一，其工作原理是向排气管喷入尿素溶液，在高温下用尿素分解产生的氨气通过催化剂来还原氮氧化物，并生成对环境无害的氮气和水[2]。

为了使柴油车排放的尾气中氮氧化物降低到满足国六标准，必须改进或者重新设计现有的SCR系统。

SCR系统的性能通常用氮氧化物的转化率来衡量。

国内外研究表明，在SCR催化剂载体前端平面上，气流中的氨气分布得越均匀，氮氧化物的转化率就越高[3]。

车用柴油机SCR喷射系统的设计及研究车用柴油机SCR喷射系统是一种通过尿素水溶液喷射来实现经济性和环保性的技术，可以大幅度降低氮氧化物（NOx）的排放量。

本文将介绍车用柴油机SCR喷射系统的设计及研究。

首先，该系统由SCR催化剂、尿素水溶液喷嘴、尿素水溶液储存罐及电控系统组成。

其中，SCR催化剂位于尾气处理系统的后段，主要作用是将NOx与尿素水溶液在恰当的温度下催化还原为无害的氮气和水蒸气。

其次，尿素水溶液喷嘴安装在SCR催化剂的前沿，由电控系统控制喷嘴的喷射时间和量。

这样，当发动机运行时，在SCR催化剂中形成了一定量的NOx后，系统便能够根据车辆的运行状态和路况实时供应适量的尿素水溶液，使其在SCR催化剂上与NOx发生反应。

最后，尿素水溶液储存罐是尿素水溶液的存储和供应装置，储存罐的大小和容量因车型和制造商而异。

电控系统则可以自动检测尿素水溶液的容量和质量，为车主提供及时的提醒。

该系统的研究包括喷嘴设计、尿素水溶液的热稳定性、尿素水溶液对系统组件的腐蚀性以及系统对发动机性能的影响等方面。

为了实现技术上的进步和推广应用，需要解决系统的稳定性和可靠性问题，并提高系统的制造工艺和设计水平。

综上所述，车用柴油机SCR喷射系统是一项十分有用的技术，其能够在不影响发动机性能的情况下大幅度降低氮氧化物的排放量。

未来，我们可以通过更加精细的设计和更高的制造水平来不断推进该技术的发展，为更加环保的出行提供更好的保障。

在车用柴油机SCR喷射系统的研究和设计中，喷嘴的设计显得尤为重要。

合适的喷嘴能够确保尿素水溶液均匀地分散到催化剂表面，从而保证反应的充分进行。

此外，喷嘴的尺寸和形状也会直接影响到喷射效率和稳定性，因此在设计时需要进行全方位的考虑和测试。

尿素水溶液的热稳定性也是研究的重点，因为该溶液需要在高温下被喷射出来。

在气候闷热或者高海拔环境下，高温会导致溶液分解，产生悬浮在空气中的尿素晶体。

这种情况不仅会降低喷射效率，还会对发动机的性能产生负面影响。