船用柴油机SCR系统双流体雾化喷嘴研究.pdf

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1、第45卷第1期船海工程Vo1．45No．12016年2月SHIP＆OCEANENGINEERINGFeb．2016DO1：10．3963／j．issn．1671-7953．2016．01．014船用柴油机SCR系统双流体雾化喷嘴研究吕林，陈悦(武汉理工大学能源与动力工程学院，武汉430063)摘要：考虑到在SCR系统中尿素水溶液以喷雾的形式进入排气管，喷雾对尿素水溶液的蒸发、分解，以及沉积物的生成均有影响，船用SCR的工作环境具有排气流量大、排气温度低等特点，其对尿素喷嘴的雾化特性提出了更高的要求，通过建立喷嘴内气液两相流和喷嘴出口流场的耦合模型，对喷嘴的内部流动及喷雾发展过程进行分

2、析，激光粒度分析仪和高速摄像机的试验结果表明，该模型可以准确描述尿素水溶液的雾化过程，可为喷嘴的优化设计提供理论依据。关键词：柴油机；Urea—SCR；尿素喷嘴中图分类号：U664．12；TK421文献标志码：A文章编号：1671-7953(2016)01-0066-06船舶排放主要来自其使用的燃料——燃料油在实际运行中易造成NO排放偏高和NH泄漏，(重柴油及渣油)和柴油J。停泊在中国港口的并伴随着催化剂劣化等问题。根据SCR反应机大部分船舶使用的是燃料油，而燃料油的平均硫理，影响SCR反应的因素主要有：催化器的结构含量在3．5％以上，远高于机动车辆。因此，上述类型、反应温度、空间速

3、度、氨过量系数和还原剂船舶造成了大量的气体排放源，主要包括硫氧化的混和程度等。SCR结构设计完成后，催化器的物(SO)、氮氧化物(NO)和颗粒物(PM)j。船结构类型和空速都已确定，在这种情况下，通过尿舶排放对人类健康、气候变化和生态环境的影响素水溶液喷射系统的优化，不仅可以有效解决更大引。SCR低温运行的问题，还能缓解催化剂劣化和降相比于SO和PM，NO的排放限值法规要严低NH泄漏。格的多。2008年10月，作为一个旨在防止海洋目前，针对尿素喷雾的蒸发分解及混合的研污染、维护航运安全的联合国机构，IMO正式通过究主要集中在数值模拟方面。FelixBirkhold等了MARPOL73

4、／78附则VI的修正案《NO技术规人建立了车用SCR系统尿素喷射过程的三维则》，对NO排放提出了3个阶段的限值要求。数值模型，分析了尿素液滴与排气和管壁的相互2016年之后，在排放控制区域内航行的船舶应满作用。模型考虑了气液两相的动量交换、液滴的足III级标准，相比I级标准NO排放限值降低了蒸发和热解、异氰酸的水解，以及液滴和壁面之间80％_6J。为了满足如此严格的NO排放标准，在的传热等物理化学过程，并且通过试验验证了模船上应用NO排放控制技术必不可少。型的准确性。JeongSoo．Jin等人基于尿素水溶液SCR技术凭借NO转化效率高、燃油经济性的CFD喷射模型，分析了喷孔数、喷嘴

5、位置和喷好及适用范围广等优势，成为国内外实现IMO雾锥角等对NO转化效率及氨泄漏的影响。清TierIII标准的主要技术方案。与车用SCR相比，华大学的张文娟等人8通过AVLFIRE软件对整船用SCR的运行温度较低，燃油的硫含量较高，个SCR系统的工作过程进行了模拟，具体包括催化器内的排气流动、尿素水溶液的雾化及蒸发、尿素的分解和催化剂表面化学反应等。大量有关收稿日期：2015—11—19SCR喷射系统模拟研究的技术论文和报告，均反映修回日期：2015—12—07基金项目：国家自然科学基金(51379165)；了尿素喷射和喷雾在SCR改进和设计中的重要湖北省自然科学基金(2052000

6、5)性，而长期以来，尿素喷嘴内部的流动特性及与此第一作者简介：吕林(1961一)，男，硕士，教授过程相关的尿素喷雾特性的研究都没有受到重视。研究方向：柴油机性能优化与排放控制通过耦合喷嘴内部流动和之后的雾化过程，E．mail：lulinwhut@163．eom分析喷嘴结构参数对喷雾特性的影响，为喷嘴优2第0161期年向阳：辐射噪声预报与结构声优化的研究现状与发展船海工程第45卷AReviewofRadiatedNoisePredictionandStructureRadiationOptimizationXIANGYang(a．SchoolofEnergyandPowerEngine

7、ering；b．KeyLaboratoryofMarinePowerEngineeringandTechnology，MinistryofCommunications；WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430063，China)Abstract：Forstructureradiatednoiseandvibrationcontrol，soundradiationpredictionmethodsuchasfiniteelem