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为了应对柴油机国家排放法规中对氮氧化物排放量的严格要求,机外净化选择性催化还原(selective catalystic reduction,SCR)成为了必不可少的关键技术,然而此系统也带来了新的问题-尿素沉积物风险。尿素沉积物的存在会影响催化器进口处NH3摩尔浓度的分布均匀性,从而影响SCR系统的NOx转化效率。本文运用CFD仿真手段建立了详细的沉积物机理模型,研究沉积物生成规律,寻求影响沉积物产生的因素。基于这些因素,运用先进的混合算法对SCR系统进行多参数结构优化,实现减少甚至避免SCR系统中沉积物生成的目的,以此来降低发动机背压和提高SCR的NOx的转化效率。构建了尿素分解化学反应动力学模型包含缩二脲、三聚氰酸和三聚氰酸一酰胺的生成机理,涉及15种组分和11步反应,弥补了液膜模型现象级分析的不足。同时采用分子贡献基团的方法,建立三聚氰酸一酰胺的比热容与温度的关系式,获取了机理模型所需要的热力学参数。提出了基于量子化学计算方法、利用过渡态求解化学反应速率的思路,解决了在无法通过文献和实验获取反应式C3H3N3O3+ NH3→C3H4N4O2+H2O的活化能和指前因子的难题。开展了几何结构和喷射参数对尿素沉积物和NH3均匀性的影响研究。研究表明:管路长度和管路半径的增加,都会增加尿素液滴在排气管路中的停留时间,提升催化器入口处NH3均匀系数,虽然管路长度对NH3均匀系数的影响低于管路半径的,但对尿素分解效率的影响会比管路半径的显著。增加混合器后,增加了管路内的湍流和涡流强度,能够大幅度提升NH3均匀系数和降低尿素沉积物的生成。喷雾锥角和喷射角度的改变对NH3均匀系数和尿素沉积物的浓度的影响并不明显。运用先进的SHERPA算法,设立管路长度、管路半径、混合器安装位置、混合器叶片数目、叶片长度、叶片倾斜角度、喷雾锥角以及喷射角度这8个设计变量,并以此8个变量构建优化搜索空间,对整个SCR模型进行优化研究。结果表明:当管路长为1.2m、直径为0.15m、混合器安装位置为0.6m、叶片数为3、叶片长为0.02m、叶片倾斜角为30度、喷射角度为45度以及喷雾锥角为80度时NH3均匀系数最好,为0.816,提高了 39%。