羅建斌 許紅祥 梁喜光 伍時灼 卿珺

摘 要：為了進一步改善選擇性催化還原（selective catalytic reduction，SCR）系統(tǒng)內(nèi)部通道的性能，本文利用計算流體動力學(xué)（computational fluid dynamics，CFD）方法建立SCR系統(tǒng)的單通道模型。通過模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)的比較，驗證了單通道模型的有效性和準(zhǔn)確性；通過改變SCR系統(tǒng)中單通道的形狀，研究相同截面面積下不同截面形狀對壓力損失、速度均勻性、氮氧化物（NOx）轉(zhuǎn)化效率的影響。結(jié)果表明：在相對低速的條件下，三角形通道的NOx轉(zhuǎn)化效率較好，但壓力損失較大，橢圓形通道速度均勻性最差。研究結(jié)果可以為優(yōu)化SCR系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供參考。

關(guān)鍵詞：SCR系統(tǒng)；壓力損失；催化反應(yīng)；性能仿真

中圖分類號：U464 ? DOI：10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2023.02.002

0 引言

隨著全球經(jīng)濟水平的不斷提高，工業(yè)化逐漸全面化[1]，各類機械行業(yè)正朝著低能耗、低排放、高效率的方向發(fā)展。由于柴油機具有油耗低、可靠性高、使用壽命長、扭矩大的優(yōu)點[2]，使得柴油機的應(yīng)用越來越廣泛[3]。柴油發(fā)動機的廣泛使用伴隨著污染物排放的加劇[4]。柴油機排放的污染物主要包括氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）和顆粒物（PM）[5]。高溫富氧條件下容易產(chǎn)生NOx，低溫不完全燃燒條件下會產(chǎn)生PM[6]。在這些污染物中，NOx和PM對人類健康和環(huán)境有很大影響[7]。因此，降低柴油機尾氣中的NOx、PM的排放具有重大意義。

目前研究表明，柴油機排氣處理方法主要是對噴油器工作不良、供油提前角調(diào)整不合理、空氣濾清器堵塞、柴油質(zhì)量差等問題進行優(yōu)化[8]。當(dāng)NOx含量超過限值指標(biāo)時，柴油機排氣后處理裝置對降低污染物中NOx的排放具有重要意義[9]。此外，隨著全球污染物排放的加劇，世界各國政府和國際環(huán)保組織制定了一系列相應(yīng)的排放法規(guī)，這些法規(guī)對NOx排放標(biāo)準(zhǔn)的要求越來越嚴格[10]。單獨依靠柴油機機內(nèi)凈化技術(shù)已經(jīng)無法滿足排放要求，選擇性催化還原（selective catalytic reduction，SCR）系統(tǒng)已成為降低NOx最有效的技術(shù)[11]。

近年來，對SCR技術(shù)的仿真研究主要集中在系統(tǒng)內(nèi)部反應(yīng)流程上。目前，商用催化轉(zhuǎn)化器根據(jù)內(nèi)部通道的結(jié)構(gòu)分為蜂窩型、平板型和波紋板型。蜂窩式催化轉(zhuǎn)化器具有更好的耐用性、耐腐蝕性和重復(fù)利用率，但與板式催化轉(zhuǎn)化器相比，它容易堵塞通道。板式催化轉(zhuǎn)化器具有大孔和小阻力，但催化劑的層數(shù)相對較小。波紋板催化轉(zhuǎn)化器的有效面積較小，通常用于低灰分脫氮。因此，可以發(fā)現(xiàn)催化轉(zhuǎn)化器的通道結(jié)構(gòu)對SCR系統(tǒng)的性能有很大影響，研究催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)通道結(jié)構(gòu)的形狀具有重要意義。催化轉(zhuǎn)化器中有許多單一通道作為氣體通道，每個通道中都會發(fā)生一系列物理和化學(xué)反應(yīng)。作為催化轉(zhuǎn)化器基本組成單元的單通道為反應(yīng)提供了場所，因此，催化轉(zhuǎn)化器中通道的幾何形狀極大地影響了反應(yīng)速率和脫氮程度。目前，許多研究者和企業(yè)都在不斷尋求改進SCR系統(tǒng)技術(shù)的途徑，特別是在SCR轉(zhuǎn)化器的催化反應(yīng)方面。為了節(jié)約成本，減少人力物力，研究人員通過CFD軟件建立了SCR模擬反應(yīng)系統(tǒng)模型，對小催化劑樣品的模擬可以準(zhǔn)確控制SCR催化反應(yīng)的反應(yīng)參數(shù)。Yu等[12]設(shè)計了一種新的單通道催化劑結(jié)構(gòu)，提出截面為六邊形的催化劑通道可以改善氣體反應(yīng)物向催化劑壁的擴散，降低壓降。Zuo等[13]模擬了不同排氣參數(shù)對雙載體催化轉(zhuǎn)化器NO的影響，并通過正交試驗對其進行了計算分析。Zhu等[14]用柴油機高壓SCR系統(tǒng)混合器為研究對象，對其壓力損失、流速和組分濃度均勻性、NH3/NOx以及柴油負荷敏感性等主要設(shè)計特性進行了研究。結(jié)果表明，與不帶導(dǎo)流板的混合器相比，安裝不規(guī)則梯形板的混合器的最大壓力損失僅增加了126 Pa，但其出口NH3濃度均勻性增加了8.1%，柴油負荷敏感效率降低到0.1%。此外，有研究表明，催化反應(yīng)通道的表面積越大，活性中心的數(shù)量越多，表面反應(yīng)速率越快，脫氮反應(yīng)越好。為了增加催化反應(yīng)的表面積，使用涂覆有具有較大比表面積材料的催化劑。然而，高溫會導(dǎo)致催化劑載體的燒結(jié)和相變，催化劑的比表面積會迅速減小。

綜上所述，目前SCR系統(tǒng)中催化轉(zhuǎn)化器的數(shù)學(xué)模型大多采用一維和二維模型來對其傳遞和反應(yīng)特性進行研究。這與實際工況有一定的差距，無法區(qū)分通道形狀對傳遞和反應(yīng)性能的影響。國內(nèi)外常用的通道形狀主要是方形。但文獻[15]表明其他形狀通道的脫氮效率優(yōu)于方形通道。在相同橫截面積通道的情況下，改變催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)部通道的形狀可以增加催化劑涂層的比表面積，但是相關(guān)研究較少。為此，本文選擇CFD仿真軟件建立單通道SCR系統(tǒng)的反應(yīng)動力學(xué)模型，利用驗證后的仿真模型研究SCR系統(tǒng)中單通道的脫硝特性，并系統(tǒng)地分析不同形狀通道模型的相對壓降、氨氣（NH3）轉(zhuǎn)化率和NOx轉(zhuǎn)化效率。希望本文的研究能夠為尿素催化還原（NH3-SCR）系統(tǒng)的改進、優(yōu)化和應(yīng)用提供理論參考。

1 SCR催化器數(shù)值模型及驗證

SCR系統(tǒng)的內(nèi)部反應(yīng)是氣流中的催化化學(xué)反應(yīng)，其工作過程包括尿素溶液的噴霧和霧化、氣液混合和催化反應(yīng)[16]。本文僅涉及SCR系統(tǒng)中的催化反應(yīng)，利用CFD仿真軟件建立SCR系統(tǒng)模型。提出的SCR系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型包括連續(xù)性方程、動量方程、能量方程、層流模型、離散相模型、組分輸運模型和廣義有限速率反應(yīng)模型[17]。

1.1 催化轉(zhuǎn)化器通道設(shè)計

SCR催化反應(yīng)器中有許多平行的小通道。其中，通道長度大于寬度，催化反應(yīng)段內(nèi)部通道數(shù)量較多。本文直接對單通道模型進行仿真分析。目前，工業(yè)上SCR系統(tǒng)中的催化轉(zhuǎn)化器中的通道大多采用方形形狀的通道。一般情況下，選擇方形單通道截面邊長a為6 mm[13]，本文選用的單通道模型的長度b為300 mm。SCR中的單通道結(jié)構(gòu)如圖1所示。在建立模型之前，假設(shè)SCR反應(yīng)器入口流場分布均勻，忽略了系統(tǒng)對環(huán)境的傳熱損失。尾氣中的污染氣體通過管道進入催化轉(zhuǎn)化器，然后進入催化劑涂層。氨吸附在涂層的活性部分，然后發(fā)生還原反應(yīng)，生成氮氣和水，最后通過間隙擴散到通道中。同時，對該模型作出以下假設(shè)：

1）忽略整個通道的氣體擴散，選擇單個通道進行建模。本文忽略了尿素噴射過程中所產(chǎn)生的氨的熱解和尿素水解等化學(xué)反應(yīng)，通過直接從入口引入均勻的氨氣來設(shè)定噴射過程中的氨量。

2）在設(shè)置邊界條件時，應(yīng)采用均勻質(zhì)量流入口或壓力入口，表面化學(xué)反應(yīng)的計算采用Eley-Rideal機制[18]。根據(jù)不同的柴油機負荷，給出相應(yīng)的進氣溫度。假設(shè)催化劑均勻分布在催化劑的涂層表面，則整個催化劑被多孔介質(zhì)取代。忽略壁面熱輻射和外界環(huán)境溫度對反應(yīng)的影響。

1.2 有限化學(xué)反應(yīng)速率模型

本文采用有限速率模型對反應(yīng)機理進行簡化，通過剔除不重要的組分和反應(yīng)得到反應(yīng)骨架機理。

[Kf，r=ArTβre-Er/RT]. （1）

式中：Kf，r為反應(yīng)r的正向反應(yīng)速率常數(shù)；Ar為指前因子；[T]為熱力學(xué)溫度的數(shù)值，單位 K；βr為溫度指數(shù)；Er為反應(yīng)活化能的數(shù)值，單位 J/kmol；R為通用氣體常數(shù)。

SCR反應(yīng)分別受催化劑活性、反應(yīng)溫度和物種濃度的限制。在低負荷和高負荷下，它們的催化還原反應(yīng)是相似的。本文重點研究了不同形狀的單通道對NOx轉(zhuǎn)化的影響，根據(jù)文獻[19]，使用總包反應(yīng)代替詳細的化學(xué)反應(yīng)。主要考慮了標(biāo)準(zhǔn)SCR反應(yīng)、快速SCR反應(yīng)、NO2-SCR反應(yīng)和氨氣氧化反應(yīng)。指前因子和活化能如表1所示。

SCR催化轉(zhuǎn)化器中的催化還原化學(xué)反應(yīng)主要有：

標(biāo)準(zhǔn)SCR反應(yīng)：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O. （2）

快速SCR反應(yīng)：

NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O. （3）

NO2-SCR反應(yīng)：

6NO2+8NH3→7N2+12H2O. （4）

氨氧化反應(yīng)：

4NH3+3O2→2N2+6H2O. （5）

1.3 多孔介質(zhì)模型

在工程應(yīng)用中，SCR系統(tǒng)通常采用蜂窩催化系統(tǒng)。在本文建立的模型中，采用多孔介質(zhì)模型代替蜂窩催化劑體系。多孔介質(zhì)的動量方程還有一個附加的動量源項，分別由黏性阻力損失項和慣性阻力損失項組成：

[Si=j=13Dijμνj+j=13Cij12ρννj]. （6）

式中：Si是i向（x、y或z）動量源項；j表示速度方向分量的個數(shù)；D和C是規(guī)定的矩陣；μ為動力黏度；νj是x、y和z方向上的速度分量；ρ為流體的密度；ν為速度。

在通過多孔介質(zhì)的層流中，壓降與速度成正比。忽略對流加速和擴散，多孔介質(zhì)模型簡化為達西定律：

[Δp=-μaν]. （7）

式中：Δp為壓力損失；a是滲透性指數(shù)。

多孔介質(zhì)域中3個坐標(biāo)方向上的壓降為：

[Δpx=j=13μaνjΔnx] ， （8）

[Δpy=j=13μaνjΔny] ， （9）

[Δpz=j=13μaνjΔnz] . （10）

式中：Δnx、Δny和Δnz是介質(zhì)在x、y和z方向上的厚度。

1.4 網(wǎng)格獨立性驗證

為了縮短計算時間并提高足夠的精度，對模型的網(wǎng)格獨立性進行驗證。使用3個不同密度的網(wǎng)格來研究網(wǎng)格尺寸對催化劑多孔介質(zhì)部分造成的壓力損失的影響，從而準(zhǔn)確模擬計算區(qū)域內(nèi)的流動和反應(yīng)變化。在12 m/s的條件下，采用方形通道模型模擬并分析了網(wǎng)格獨立性驗證，驗證結(jié)果如表2所示。粗網(wǎng)格與中網(wǎng)格之間的壓降差為51.8 Pa，細網(wǎng)格與中網(wǎng)格的壓降差為5.4 Pa，兩者相差較少。為了縮短計算時間，選用中等網(wǎng)格進行計算仿真分析。

1.5 驗證模型

為驗證用多孔介質(zhì)模擬數(shù)值結(jié)果的準(zhǔn)確性，建立了截面邊長為6 mm的方形單通道SCR反應(yīng)動力學(xué)仿真模型，以驗證仿真模型的準(zhǔn)確性[20]。通過調(diào)整模型中多孔介質(zhì)的阻力參數(shù)對模擬結(jié)果進行優(yōu)化，直到模擬結(jié)果與實驗結(jié)果一致。實驗測量和模擬計算的壓力損失誤差在允許誤差范圍以內(nèi)（見表3），因此，用多孔介質(zhì)模型模擬實際流場是可靠的。

1.6 邊界條件和案例的設(shè)計

本文采用不同的入口速度（12 m/s、24 m/s、32 m/s、42 m/s）來探討不同通道形狀對SCR系統(tǒng)反應(yīng)特性的影響。假設(shè)入口廢氣分布均勻，熱力學(xué)溫度設(shè)置為600 K，反應(yīng)僅限于多孔介質(zhì)區(qū)域。催化反應(yīng)器的壁面邊界條件設(shè)置為無滑移速度和無摩擦，對流換熱系數(shù)為5 W/（m2·K），該材料定義為鋁。本文采用層流模型對SCR轉(zhuǎn)化器進行數(shù)值模擬，設(shè)置的案例如表4所示。催化反應(yīng)器出口的邊界條件為出口壓力，與大氣壓力相同。進口柴油機尾氣中NOx體積分數(shù)分別為90%NO和10%NO2，其他參數(shù)如表5所示。

本文采用扇形、正五邊形、橢圓形、正七邊形、正方形、正三角形等6種形狀的單通道作為研究案例，如表4所示。通過相同截面面積為36 mm2這一條件，計算出扇形（1/4圓）邊長為6.77 mm，正五邊形邊長為4.57 mm，橢圓短邊長為2.4 mm，長邊長為4.8 mm，正七邊形邊長為3.33 mm，正方形邊長為6 mm，正三角形邊長為8.49 mm。

2 結(jié)果和討論

為了綜合評價SCR系統(tǒng)中內(nèi)部不同形狀通道的性能，對設(shè)計案例進行了仿真模擬。通過對其壓力損失、NO的轉(zhuǎn)化效率以及速度均勻性的分析評價，得到最有利于提高NO轉(zhuǎn)化效率的SCR系統(tǒng)單通道的形狀。

2.1 壓力損失分析

催化反應(yīng)器的壓力損失一般占整個柴油機排氣系統(tǒng)壓力損失的35%左右。SCR系統(tǒng)的主要壓力損失來自催化劑通道。在設(shè)計SCR系統(tǒng)時，應(yīng)使壓力損失足夠小，以避免過高的排氣背壓對柴油機性能的影響。圖2為不同進口速度下的總壓降。由于多孔介質(zhì)內(nèi)部參數(shù)的相互作用，壓力隨入口速度的增加呈二次函數(shù)增長趨勢。

進口速度為42 m/s時，Case 1、Case 2、Case 3、Case 4、Case 5、Case 6的壓降分別為1 109 Pa、1 095 Pa、1 148 Pa、1 062 Pa、1 129 Pa、1 201 Pa。Case 4（正七邊形）截面通道中的壓降最小，Case 6（正三角形）截面通道產(chǎn)生的壓力損失最大。這是因為柴油機的尾氣從孔道中心到通道壁面處的擴散距離不相同。在速度為12 m/s的低速工況下，6種截面形狀的通道產(chǎn)生的壓力損失相差不大，但隨著速度的增加，各通道的壓力損失相差較大，由此可以看出，尾氣流動速度對壓力損失的影響較大。研究表明較小的壓降是催化劑設(shè)計的重點。因此，在相同條件下，正七邊形通道有利于降低壓力損失，降低壓力損失的效果從高到低依次為正七邊形、正五邊形、扇形、正方形、橢圓形、正三角形。

2.2 速度均勻性分析

速度均勻性系數(shù)是指選定某一個曲面上的面積的速度加權(quán)均勻性指數(shù)。壓降的變化將導(dǎo)致催化劑內(nèi)速度均勻性的變化。圖3的速度云圖顯示，當(dāng)速度為12 m/s時，同一位置截面面積條件下的不同形狀通道的速度均勻性變化?？梢钥闯觯叫瓮ǖ烙捎诖嬖谟?條相鄰直角邊形成的4個頂角，不利于氣流的流動，會降低NOx的轉(zhuǎn)化率。此外，直角邊容易造成堵塞和結(jié)垢，導(dǎo)致SCR多孔介質(zhì)通道失效，降低SCR系統(tǒng)的使用壽命。為了彌補這一缺陷，選擇了正五邊形和正七邊形通道來代替方形通道。此外，從同截面處的速度云圖（圖3）可以看出，三角形的整體速度較低，壓力損失較大；正五邊形和正七邊形通道的速度分布均勻性較好，可以改善通道尾氣的流量，減少堵塞問題，促進化學(xué)反應(yīng)的進行。

正三角形的整體速度較低，中心區(qū)域速度較快。由于三角形的壓力損失較大，導(dǎo)致通道中的尾氣阻力較大，因此與其他通道相比，整體速度變化較小。此外，靠近壁面的流速很慢，速度變化小，反應(yīng)時間充足，更有利于催化反應(yīng)，所以正三角形通道的NO轉(zhuǎn)化效率最好。從圖4可以看出，隨著速度的增加，速度均勻性在逐漸提高，且正七邊形的速度均勻性最好。速度為42 m/s時，正七邊形通道的速度均勻性最高，此時速度均勻性為0.91。由此可知，改善通道相鄰的直角邊緣有利于提高速度均勻性。

2.3 溫度變化

單通道內(nèi)的溫度不僅影響著催化反應(yīng)的速率，而且還決定催化劑的反應(yīng)活性。在一定的范圍內(nèi)，反應(yīng)溫度越高，反應(yīng)的速率越快，催化劑的活性越高。已有研究表明在SCR系統(tǒng)中，NOx的還原反應(yīng)需要在一定的溫度范圍內(nèi)才會發(fā)生。本文主要研究在給定的進口溫度條件下，不同進口速度單通道內(nèi)的溫度變化情況。圖5顯示了隨著速度的變化單通道進出口溫度差的變化?？梢钥闯隹偟腟CR單通道系統(tǒng)內(nèi)溫差大于0，說明SCR反應(yīng)為放熱反應(yīng)。從單個案例看，隨著速度增加，溫度差在增大，說明在低速情況下通道內(nèi)壁面溫度損失較大，隨著速度的增加溫度損失在減少。通過不同案例對比，可以發(fā)現(xiàn)壁面溫度損失從高到低依次為正三角形、扇形、橢圓形、正方形、正五邊形、正七邊形。正五邊形和正七邊形相比，正方形可以減少壁面溫度損失，促進脫硝反應(yīng)的進行。正三角形通道壁面溫度損失較大，是因為在相同截面面積通道下，正三角形通道周長較長，損失的熱量多。

2.4 SCR系統(tǒng)的NO轉(zhuǎn)化效率

圖6顯示了不同入口速度下不同形狀SCR系統(tǒng)單通道的NO轉(zhuǎn)化效率。隨著入口速度的增加，反應(yīng)時間縮短，NO轉(zhuǎn)化效率降低。速度為12 m/s時，Case 1、Case 2、Case 3、Case 4、Case 5、Case 6的NO的轉(zhuǎn)化效率分別為75.75%、74.49%、74.11%、75.47%、74.97%、75.85%。從相同截面面積考慮截面周長角度分析，可以得出在相同截面面積的條件下，截面周長越長，SCR系統(tǒng)單通道的壁面面積越大，則氣體與催化劑結(jié)合的范圍越廣，使得轉(zhuǎn)化效率越大。通過計算可知截面周長最長的形狀為正三角形，所以轉(zhuǎn)化效率高。進口速度從12 m/s增加到42 m/s時，Case 5（方形）通道的NO的轉(zhuǎn)化率降低了14.83%。從圖7可以看出，在12 m/s的速度下，Case 6（正三角形）通道的轉(zhuǎn)化率最好，Case 3（橢圓）通道的轉(zhuǎn)化效率最差。正三角形、正七邊形和扇形通道的轉(zhuǎn)化效率分別比正方形的轉(zhuǎn)化效率提高了0.88%、0.50%和0.78%。

當(dāng)廢氣中NO、NO2和NH3共存時，標(biāo)準(zhǔn)SCR反應(yīng)和快速SCR反應(yīng)處于競爭關(guān)系，它們主要沿催化劑的第一層進行反應(yīng)。當(dāng)空速較小時，不同形狀通道的催化轉(zhuǎn)化效率相差明顯。隨著入口速度的增加，不同形狀的通道對轉(zhuǎn)化效率的影響較小。此外，從圖7中可以看出，靠近壁面的轉(zhuǎn)化效率更好，因為靠近壁面的催化劑區(qū)域中需要凈化的廢氣較少，流速較低?？拷诿娴牧魉佥^低，這使得氮氧化物的轉(zhuǎn)化效率充分，殘余廢氣中的NO含量較低。

2.5 SCR系統(tǒng)的NH3的轉(zhuǎn)化效率

SCR系統(tǒng)脫硝的評價指標(biāo)主要有NOx的轉(zhuǎn)化效率以及NH3的轉(zhuǎn)化效率。圖8顯示出不同速度進口條件下NH3的轉(zhuǎn)化效率。Case 6（正三角形）的NH3轉(zhuǎn)化效率最大，Case 3（橢圓形）的NH3轉(zhuǎn)化效率最小。相比NO的轉(zhuǎn)化效率，NH3的轉(zhuǎn)化效率更高，主要的原因是隨著通道內(nèi)部催化反應(yīng)的進行，催化反應(yīng)導(dǎo)致的溫度升高，促進NH3的氧化。

圖9顯示出在速度為12 m/s時，以正方形通道的NH3作為參考對比值，Case 1、Case 4、Case 6的NH3的轉(zhuǎn)化效率分別提高了0.84%、0.60%、0.94%。 Case 2、Case 3的NH3的轉(zhuǎn)化效率分別降低了0.24%、0.95%。可以看出正七邊形與正三角形截面通道有助于提高氨氣的轉(zhuǎn)化效率，促進催化還原反應(yīng)的進行。

3 結(jié)論

根據(jù)低速柴油機的排氣條件和SCR系統(tǒng)的設(shè)計要求，對不同通道的催化轉(zhuǎn)化器SCR系統(tǒng)的性能進行了研究，得出以下結(jié)論：

1）在相同條件下，正七邊形通道有利于降低壓力損失，將方形通道的直角邊用正七邊形和正五邊形類似的鈍角邊替代可以降低壓力損失，改善SCR系統(tǒng)單通道內(nèi)部的流動特性。

2）在相同的速度條件下，正三角形通道的速度均勻性較差，較好的速度均勻性是正七邊形通道，其中扇形和正方形通道有相鄰的直角邊，容易造成堵塞和結(jié)垢，影響速度均勻性。

3）有利于NOx轉(zhuǎn)化效率的通道截面形狀為正七邊形、正三角形。催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)主要發(fā)生在催化劑的前端，催化反應(yīng)在前端區(qū)域進展最快。

4）單通道是多孔介質(zhì)通道中的基本組成單元，了解單通道中的流動、傳熱及反應(yīng)機理可以為深入了解多孔介質(zhì)中的流動、傳熱及反應(yīng)機理提供參考，并獲得一些基本參數(shù)，如黏性阻力系數(shù)。

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Numerical simulation of single channel flow field and conversion

characteristics in SCR system

LUO Jianbin1， XU Hongxiang1， LIANG Xiguang2， WU Shizhuo3， QING Jun4

（1. School of Mechanical and Automotive Engineering， Guangxi University of Science and Technology， Liuzhou 545616， China; 2. Liuzhou Jindongfang Automotive Parts Co.， Ltd.， Liuzhou 545036， China; 3. Liuzhou Branch， Aisn AUTO R&D Co.， Ltd.， Liuzhou 545036， China）

Abstract： A single channel model of selective catalytic reduction（SCR） system was established by using computational fluid dynamics（CFD） software to improve the performance of internal channels of SCR system. By comparing the simulation results with the experimental data， the effectiveness and accuracy of the single channel model were verified. By changing the shape of the single channel in the SCR system， the effects of different section shapes with the same section area on pressure loss， velocity uniformity and nitrogen oxide （NOx） conversion efficiency were studied. The results show that at relatively low speed， the NOx conversion efficiency of triangular channel was better， but the pressure loss was larger; and the velocity uniformity of oval channel was the worst. This paper can provide reference for increasing the optimization of the internal structure of SCR system.

Key words： SCR system; pressure loss; catalytic reaction; performance simulation

（責(zé)任編輯：黎 婭）