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SCR 后处理系统的流动均匀性分析 李红洲 刘江唯 王科星 (一汽技术中心发动机部，吉林，长春，130011) 摘要：对于选择性催化还原系统（SCR），排气流动对还原剂尿素（Urea）的喷射、雾化、水解有很大的影 响，特别是流过载体的气流的流动情况对SCR的转化效率有很大的影响，通过提高流经载体的气流均匀性， 可以提高 SCR 的转化效率。本文通过建立 SCR 后处理系统的流动模型，应用 CFD 软件模拟计算 SCR 系统内 的流动情况，通过对计算结果的分析，可以判断 SCR 后处理系统的气体流动是否均匀，从而判断排气系统 的管路设计是否合理，为产品开发提供支持。 关键词：选择性催化还原系统；SCR；CFD；流动均匀性 引言 随着人们对环境保护的重视，针对汽车 功能，所以 SCR 系统内的气流比较复杂， 制定了越来越严格的排放法规。我国 2008 组织合适的气流运动就更加困难。本文通过 年１月１日将要实施国Ⅲ排放法规，2011 对 SCR 系统内的气体流动进行模拟分析来 年 1 月 1 日将要实施国Ⅳ排放法规。为满足 判断气体流动是否均匀，是否能达到降低噪 中重型柴油机国4 排放法规，一汽将选择采 声的目的。 用利用机内净化降低碳烟然后利用 SCR 后 处理系统来降低 NOx 作为解决方案。 1 SCR 后处理系统的流动模型 SCR系统的基本工作原理：排气从涡轮 1.1 模型的建立 出来后，进入排气混和管，在进入SCR载体 首先通过PRO ／E软件创建SCR系统流 前的排气混和管上安装有尿素计量的喷射 动区域的三维实体模型；接着用HyperMesh 装置，喷入尿素水溶液，尿素在高温下发生 软件读入实体模型，对实体表面进行处理， 水解和热解反应后生成氨，在SCR系统催化 画分出 SCR 系统的表面网格；然后用 剂表面利用氨还原NOx ，排出N2 ，多余的氨 ICEMCFD软件导入SCR系统表面网格，生 也被还原为N2 防止氨气泄漏。 成实体网格，模型建立完成，如图1。最后 由于发动机的工况多变，排气流量、温 把建立的模型导入CFD软件Starcd中进行模 度和排放物的浓度波动很大，车载SCR系统 拟计算。 的开发面临着许多挑战，对于SCR装置开发 的挑战就是在满足排放要求的前提下，把载 体的体积降到最小和消耗掉的尿素水溶液 最少。要达到这个目的必须优化SCR系统的 结构，合理组织气流流动，充分利用载体， 提高SCR的转化效率。 建立 SCR 后处理系统的流动模型，利 用数值模拟的方法和手段，可以提供试验测 量手段难以获得的催化器内部的流动情况， 为 SCR 系统的设计和优化工作提供指导依 据，从而缩短开发周期和节省开发成本。本 文计算的 SCR 后处理系统是在原车上的消 声器上开发出来的，集成了消声和 SCR 的 图 1 SCR计算模型 作者简介：李红洲(1979-)，男，硕士研究生；研究方向：发动机 CFD 分析。 E-mail: lihongzhou@ 1 1.2 SCR多孔介质模型 SCR系统的压降过大，压降过大就会导致排 本文计算的SCR系统的载体为整体陶 气背压过大，从而影响发动机的性能，那样 瓷蜂窝载体，对于整体式陶瓷蜂窝载体按各 就得不偿失了。计算选用的工况是发动机的 向异性(单一方向)多孔介质处理，即流体经