第5期（总第238期） 2018年10月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No 5(Serial No 238)
Oct2018
柴油机SCR系统车用尿素喷雾特性仿真与试验研究
刘磊"2，邓成林
(1清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京100084；2后勤科学与技术研究所，北京100071）
摘要；通过建立喷射系统CFD三维仿真模型，研究了柴油机SCR系统在空气辅助雾化条件下尿素喷射的喷雾速度流场、雾化粒径、喷雾形态和黄穿距等变化规律，并道过试验对模型进行了验证；根据喷射模型对SCR系统的喷孔直径等结构参数进行了优化设计，道过发动机ESC,ETC试验对还原剂雾化性能进行试验验证。试验结果表明：采用改进后的柴油机空气辅助喷射还原剂供给系统后，柴油机NO，排放和NHs泄漏等指标均满足国V阶段排放法规要求，验证了所采用的喷雾特性仿真优化设计方法有效可行。
关键词：柴油机；选择性催化还原；空气辅助雾化；喷雾特性 DOI: 10 3969 /j issn 1001-2222 2018 05 002
中图分类号：TK4212文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2018)05-0008-06
选择性催化还原(SCR)系统是满足柴油机国IV 及以上排放标准的主要技术路线之一。柴油机排放的NO，在SCR催化剂的作用下被还原剂氨（NH3）净化，SCR系统主要采用车用尿素溶液作为还原剂。基于车用尿素溶液的SCR技术在实际使用中存在低温活性差以及尿素排气管结晶等间题，为了可以有效解决尾气后处理系统中排气管结晶的间题，目前采用的方法是通过加入压缩空气喷射改善尿素水溶液的喷射雾化效果，从而在一定程度上减少排气管的结晶现象。对于空气辅助式尿素喷射系统，尿素水溶液和空气在泵内进行混合，然后通过喷嘴雾化并喷入排气管内，由泵来计量尿素量。相比非空气辅助式尿素喷射系统，可以实现更好的喷射雾化效果和还原反应质量，并降低对喷嘴的结构要求。本研究即针对空气辅助尿素喷射方式，开展还原剂供给系统的雾化性能研究，
车用尿素溶液喷射进人排气管的速率、直径和
排气流速等参数直接影响NH3的生成速率和在催化器内部的均勾性1-27。本研究采用模型分析和试验研究相结合的方法系统研究了车用尿素溶液喷雾时喷孔个数、喷孔直径等结构参数和辅助空气压力、排气流速等工况参数对喷雾特性的影响规律。
模型建立和仿真计算
压缩空气辅助的车用尿素溶液喷射雾化过程是收稿日期：2017-10-28；修回日期：2018-05-30
气液二相非定常流动问题，本研究采用计算流体动力学(CFD)软件Fluent建立还原剂喷雾特性三维
模型，对喷雾过程进行研究 1.1计算域及网格的划分
选取喷嘴及部分排气管为计算域，计算的网格与实际尺寸完全相同，喷嘴直径为2mm，周向布置 4个直径05mm的喷孔。排气管直径为100mm，截取长度为200mm。
使用Fluent的前处理软件Gambit建立喷嘴及其射流场的三维模型并进行网格划分。采用TGrid 体结构化网格划分方式，网格单元类型为Tet/Hv-brid，网格数量为50万。由于排气尾管的几何结构较为规整，所以在网格划分时优先采用了三角形结构化网格.便于模型计算和结果收敛：喷嘴部分由于在尺寸上与排气管相比差距较大，因此采用尺寸函数对喷嘴部分进行了细化，重点解决喷嘴部位结构的圆滑过渡，喷孔圆周截面上网格的节点数为 40个，具有较高的计算精度和实用性。图1示出了
建立的三维网格模型和喷嘴网格排气管入口
排气管出口
a排气管喷雾模型
b细化的喷嘴网格
图1排气管喷雾模型和细化的喷嘴网格
作者简介：刘磊（1977—），男，博士，研究方向为案油发动机高压喷射控制lei-liu06@mailsIsinghuaeduen