Москва, г. Москва и Московская область, Россия
г. Москва и Московская область, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Разработка и совершенствование систем обработки выпускных газов двигателей внутреннего сгорания в условиях ужесточения предельно допустимых значений выбросов токсичных веществ продолжают оставаться актуальными задачами. Использование методов вычислительной газовой динамики при проектировании подобных систем представляет значительную практическую ценность. В работе рассмотрена и реализована методика расчета испарения и термического разложения мочевины в системах селективной каталитической нейтрализации (SCR) в трехмерной постановке на базе программного комплекса ANSYS Fluent. Проведено сравнение результатов с существующими экспериментальными данными. Сделан вывод о возможности применения разработанной методики при оценке эффективности систем каталитической нейтрализации отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.
поршневой двигатель, отработавшие газы, оксиды азота, селективное каталитическое восстановление, впрыск мочевины, испарение, термическое разложение, методика расчета.
1. Введение
На современном этапе развития двигателестроения вводятся все более ужесточающиеся требования к предельно допустимому уровню выбросов токсичных веществ с отработавшими газами (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС) [1, 2].
1. Марков В. А., Баширов Р. М., Габитов И. И. Токсичность отработавших газов дизелей. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. 376 с.
2. Александров А. А., Архаров И. А., Багров В. В., Девянин С. Н., Ксенофонтов Б. С., Лобанов Б. С., Марков В. А., Середа А. В., Шарин Е. А., Шпак А. В. Нефтяные моторные топлива: экологические аспекты применения / Под ред. А. А. Александрова, В. А. Маркова. М.: ООО НИЦ «Инженер», ООО «Онико-М», 2014. 691 с
3. Марков В. А., Девянин С. Н., Маркова В. В. Оценка экологической безопасности силовых установок с дизельными двигателями // Безопасность в техносфере. 2014. № 2. С. 23-32.
4. Марков В. А., Маркова В. В., Сивачев В. М., Сивачев С. М. Оптимизация состава смесевого биотоплива для дизельных двигателей // Безопасность в техносфере. 2014. № 6. С. 19-30.
5. Nova I., Tronconi E. Urea-SCR Technology for deNOx After Treatment of Diesel Exhausts. New York, NY: Springer, 2014. 716 p.
6. ANSYS Fluent Theory Guide URL: https://support.ansys.com/AnsysCustomerPortal/en_us/Knowledge+Resources/ Online+Documentation/Current+Release (дата обращения 15 января 2017).
7. Кавтарадзе Р. З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы. М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2008. 720 с.
8. Reitz R. D. Mechanisms of Atomization Processes in High- Pressure Vaporizing Sprays // Atomization and Spray Technology. 1987. Vol. 3. P. 309-337.
9. Liu A. B., Mather D., Reitz R. D. Modeling the Effects of Drop Drag and Breakup on Fuel Sprays // SAE Technical Paper Series. 1993. N930072. P. 1-12
10. Koebel M., Elsener M., Kleemann M. Urea-SCR: a Promising Technique to Reduce NOx Emissions from Automotive Diesel Engines // Catalysis Today. 2000. Vol. 59. P. 335-345.
11. Ranz W. E., Marshall W. R. Еvaporation from Drops, Part I // Chemical Engineering Progress. 1952. № 48. P. 141-146.
12. Ebrahimian V., Nicolle A., Habchi C. Detailed Modeling of the Evaporation and Thermal Decomposition of Urea-Water Solution in SCR Systems // AIChE Journal. 2012. Vol. 58. P. 1998-2009.
13. Sazhin S. S. Advanced Models of Fuel Droplet Heating and Evaporation // Progress in Energy and Combustion Science. Elsevier Science. 2006. № 32. P. 162-214.
14. Sparrow E. M., Gregg J. L. The Variable Fluid Property Problem in Free Convection // Transactions of the American Society of Mechanical Engineers. 1958. Vol. 80, N5. P. 879-886.
15. Rota R., Antos D., Zanoelo E. F., Morbidelly M. Experimental and Modeling Analysis of the NOx OUT Process // Chemical Engineering Science. 2002. Vol. 57. P. 27-38.
16. Yim S. D., Kim S. J., Baik J. H., Nam I., Mok Y. S., Lee J. H., Cho B., Oh S. H. Decomposition of Urea into NH3 for the SCR Process // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2004. Vol. 43. P. 4856-4863.
17. Schaber O. M., Colson J., Higgins S., Thielen D., Anspach B., Brauer J. Thermal Decomposition (Pyrolysis) of Urea in an Open Reaction Vessel // Thermochimica Acta. 2004. Vol. 424. P. 13-14.
18. Birkhold F., Meinghast U., Wasserman P., Deutschmann O. Modeling and Simulation of the Injection of Urea-Water-Solution for Automotive SCR DeNOx Systems // Applied Catalysis B: Environmental. 2007. Vol. 70. P. 119-127.
19. Kim J. Y., Ryu S. H., Ha J. S. Numerical Prediction on the Characteristics of Spray-Induced Mixing and Thermal Decomposition of Urea Solution in SCR System // Proceedings of the Technical Conference of the ASME Internal Combustion Engine Division, Long Beach, California USA, 2004.
20. Park T., Sung Y., Kim T., Lee I., Choi G., Kim D. Effect of Static Mixer Geometry on Flow Mixing and Pressure Drop in Marine SCR Applications // International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering. 2014. N6. P. 27-38.
21. Regner M., Östergren K., Trägårdh C. Effect of Geometry and Flow Rate on Secondary Flow and the Mixing Process in Static Mixers - A Numerical Study // Chemical Engineering Science. 2006. Vol. 61. N18. P. 6133-6141.
22. Thakur R. K., Vial C., Nigam K. D.P., Nauman E. B., Djelveh G. Static Mixers in the Process Industries - a Review // Chemical Engineering Research and Design. 2003. Vol. 81. N7. P. 787-826.
23. Zhang X., Romzek M. 3-D Numerical Study of Flow Mixing in Front of SCR for Different Injection Systems // SAE Technical Paper Series. 2007. N2007-01-1578. P. 1-16.
24. Niki Y., Hirata K., Kishi T., Inaba T., Takagi M., Fukuda T., Nagai T., Muraoka E. SCR System for NOx Reduction of Medium Speed Marine Diesel Engine // CIMAC Congress, Bergen. 2010. Paper N228. P. 1-11.
