摘要：本文主要针对当前尿素选择性催化还原技术在柴油机排放处理工作中普遍存在的尿素催化效率低下问题展开研究。通过流体力学手段对尿素选择性催化还原技术进行分析，研究管路参数的优化结构。最终达到改善氮氧化合物的还原率，降低温度传感器故障发生的几率的目的。
关键词：FIRE;柴油机;排放处理;关键技术研究
1引言
随着环境污染问题愈发严重，各国相继采取措施，出台相关政策以减少机动车尾气排放对环境造成的污染。想要对机动车尾气排放进行有效控制，则需深入研究发动机设计及其制造技术，提高管路尾气的净化率。但是，对于一些高转速、大排量的重型柴油机来说，单纯的借助机内净化技术很难满足当前机动车尾气的排放要求。因此，废气排放后处理成为降低机动车尾气污染的有效途径。选择性催化还原系统在油耗经济性以及尾气净化率等方面具有诸多应用优势，在汽车行业中的应用也越来越广泛。当前，这项技术已经成为机外净化的关键技术之一，在重型柴油机尾气处理中具有重要地位。
2选择性催化还原（SCR）技术应用分析
2.1选择性催化还原技术应用现状
内燃材料是现代柴油机普遍应用的燃料之一。国内重型柴油机大都采用先进的内燃技术，使得室内油气混合状态符合颗粒排放法规限值。但重型柴油机在运行过程中的实际功率和燃烧温度较高，因此尾气排放中，NOx含量偏高。针对重型柴油机尾气排放问题，主要可以通过两种方法降低NOx排放量，既机外技术和机内技术。机外技术包含两种：SCR技术和EGR技术，相较之下，SCR技术更加简洁有效，对重型柴油机的尾气处理效果较高，效率较高。而机内技术一般包括：冷却进气、推迟喷油、优化喷油等等，在国内应用较少，而且想要彻底控制柴油机NOx含量，还需借助外机技术，因此文中不再赘述。
SCR技术的应用主要借助尿素水溶液实现重型柴油机尾气处理。首先将32.5%浓度的尿素水溶液放置在合适位置上，控制好喷射时间，使之定量喷入发动机排气管中。在管中受热转化分解成为氨气，并与尾气管中的NOx进行催化反应，迅速生成氮气和水排出管内。有研究表明，SCR技术在不改变发动机输出的前提下仍能够保证尾气中NOx高效的处理成果。当前，我国大部分重型柴油机制造中都已经引进选择性催化还原技术，但由于现有的工艺经验不足，在实际应用中仍存在诸多问题，例如对于尿素冷凝结晶问题的研究还不够深入，无法解决尿素冷凝结晶造成的廢气管内气流的规律性问题，最终只是管内阻力增大，温控系统出现问题，尾气排放处理故障。
2.2关键技术分析及处理
以排量为9.4L的重型柴油机为例，安装SCR系统后，在应用初期废气排放指标完好。在运行一段时间后，波纹管、混合器内壁出现结晶情况，尿素结晶致使排气管阻力增加，NOx转化率明显降低。由此可知，尿素结晶是致使发动机性能降低以及经济性变差的根本原因。对其进行台架试验可知，在实际应用过程中，高压尿素液体喷入后受到管内气流运动的影响作用，致使尿素液滴并未完全雾化，留在管壁受管壁温度影响形成结晶。所以，控制内壁尿素结晶是提高SCR技术的有效途径。想要提高尿素水溶液的扩散速率，需考虑到喷入点内气流强度、角度以及速度的影响。考虑到喷射量、喷射压力无法对其进行控制，因此在对管内气流强度进行调整过程中，主要针对管内空间布局进行研究，优化管路硬件系统设置，从而解决尿素结晶问题。
3基于FlRE的柴油机排放后处理关键技术研究
3.1FIRE计算模型的应用
FIRE计算模型能够模拟重型柴油机排放管道内的情况，对于研究柴油机排放后处理技术具有重要帮助。本文中主要借助国外AVL公司开发FIRE软件，对模拟内燃机流动、燃烧、喷雾过程进行分析，并对数据进行计算。这种方法能够精确的计算机动车SCR系统尿素喷雾热解的相关数值，并且能够对管路布置进行模拟研究，相较于传统的试验研究，FIRE计算模型模拟计算更具优势。FIRE计算模型模拟计算成本较低，而且耗时较短，信息处理和搜集比较全面。
3.2边界条件以及网格划分
在对湍流模型进行选择时，考虑到湍流的影晌，本文中主要采用造型简单，计算量小的k_e模型进行分析研究。k-s模型能够直观简洁的反映出工程实际的湍流流动，假定流体为理想气体，对其进行计算。由于空间壁面温度分布无法测得，因此在计算中采取假定温度的方式设定壁面温度场。为了保证方案的可靠性，采用相同的边界条件对其进行计算。以空气作为计算流体，设定域初值定义：1bar、200℃。假定壁面温度为200°C。入口边界温度数值为200～C，流量0.25k/s。出口给定压力边界为静压Ibar。采用FIRE计算网格，由FAMEHYBIRD生成器自动生抽网格，网格数约50万，主体结构为六面体单元构成。
3.3研究结果分析
通过FIRE计算模型图进行对比分析能够看出，管前后管壁附近容易出现滴液的粘连现象，由于滴液存留时间长，而且速度低，一旦与管壁产生接触，非常粘附在壁面上形成滴液结晶;通过研究颗粒速度分布图并对混合器附近区域进行分析可知，这一低俗范围较大，而且喷入液滴受到自身重量的影响，不容易扩散雾化，一旦滴液与壁面产生接触，则会与之粘附，并会在壁面形成结晶;而当管内混合器旋转角度为180°时将管路与喷嘴进行竖直布置，此时喷入液滴在自身作用下，受到气流的牵引和带动，以及自身重力作用能够保持高速的扩散，由于液滴动能大，因此滴液不易受到壁面粘附，产生滴液结晶的几率较小。
4结论
综上所述，通过计算仿真研究尿素水溶液喷射的相关参数可以看出，在对管内空间进行设计时，应保证管路空间分布的合理性，尿素液体喷嘴应布置在弯管处，尿素液体喷嘴的设计应大于或等于催化剂入口直径的5倍;将入口轴线与喷射方向夹角设置成45。能够有效控制轻尾气流影响尿素结晶的形成。将管道直径与弯管半径比例设计成1：1，能够有效减少回流处结晶。