组建跨校虚拟教研室提升研究生专业课教学质量——车用发动机排放控制技术课程改革探索

组建跨校专家教学团队,采用跨校虚拟教研室模式,以“三全”和“思政”元素融入课堂,探索一条提升研究生专业课程教学质量的途径。以车用发动机排放控制技术课程为例,从教师团队组建、课程内容设置、学生获得感三个方面,紧抓课堂教学主渠道,以多名跨校专家高质量授课形式潜移默化地体现科学家精神和立德树人理念。推崇以科研促进专业课教学,学生掌握必备专业知识,具备工程伦理和思辨思想。课程改革实施后,极大增强学生的家国情怀、爱岗敬业和学科自信,更加积极主动地投身科研,为提升研究生教育质量打下基础。

铁基分子筛SCR反应组分沿催化剂轴向分布的数值模拟

建立铁基分子筛催化剂NH_(3)-SCR催化反应动力学模型,用来预测催化剂的NO_(x)还原性能和研究SCR反应组分的轴向分布,该模型包括NH_(3)吸附与脱附、NH_(3)氧化、NO氧化、NO_(x)还原及N_(2)O生成反应.结果表明:模型能较好地预测SCR反应中各组分浓度在催化剂轴向空间的变化规律;Fe基分子筛催化剂对物质的量n(NO_(2))/n(NO_(x))较为敏感,最佳n(NO_(2))/n(NO_(x))为0.5;受NH_(3)抑制效应影响,当温度低于300℃时SCR反应活性较低,但是当温度高于400℃时SCR反应活性较好.此外,发现Fe基分子筛催化剂SCR反应主要集中在催化剂的入口段和中间段,300℃、空速为60000 h^(-1)时在催化剂的前半段内可实现高达90%的NO_(x)转化率,催化剂出口段的利用率较低.最后,对模型的瞬态性能进行了考察,发现随着温度升高Fe基分子筛催化剂的瞬态响应可以得到改善.

NO_2连续再生柴油机微粒过滤器的试验研究

研究了利用 NO2 的强氧化性连续再生柴油机微粒过滤器 (DPF)的技术。分别在流动模拟反应器和 16 5 F柴油机台架上进行了再生试验研究。通过外加 NO2 气体 ,实现了在 30 0℃以下连续再生 DPF的目的。分析了 NO2 浓度、反应温度及发动机负荷等对再生效果的影响。试验结果表明 ,在一定温度范围内 ,反应温度与尾气中 NO2 浓度的提高均有利于 NO2

径向变孔密度载体对汽车催化转化器反应流动的影响

将不同孔密度载体径向组合,形成中心区域孔密度高于边缘区域的变孔密度组合载体,以改善催化转化器载体流动分布.利用FLUENT软件并耦合CHEMKIN,基于Rh催化剂表面CO-O2详细反应机理模型,对径向变孔密度载体建立催化反应模型.发现变孔密度载体的流动分布情况和CO转化率优于原载体,62/140,孔/cm2(每平方厘米孔道数)变孔密度载体的均匀性指数可达0.96,并且在一定范围内几乎不随空速的改变而改变,且压力损失仅略有提高.变孔密度载体(62/140,孔/cm2)的起燃温度比原载体(62,孔/cm2)略低,具有较好的起燃特性.此外,进一步探讨了贵金属负载量对起燃温度下CO转化率的影响,发现增大贵金属负载量可改善催化剂起燃特性,且同时选用较高孔密度载体和较高贵金属负载量有利于进一步提高催化剂低温活性.

柴油机LNT再生过程中铑表面H_2还原NO_x的详细反应机理

考虑到柴油机稀燃NOx捕集技术(LNT)浓燃再生阶段会产生较多的H2,研究了H2在Rh催化剂表面还原NOx的反应.建立了Rh表面H2-NO反应体系的详细化学反应机理模型,该模型包括6种气相组分、10种表面组分及19步基元反应,其中包括NH3及N2O等重要中间产物的生成反应.对该反应体系进行了数值模拟,其结果与文献中的试验数据吻合良好,并进一步对表面组分覆盖度、NO反应路径和各基元反应的敏感性系数进行了分析.结果表明,在H2体积分数相对较低的条件下((NO)/(H2)=1.95),150～310,℃温度内,NO还原过程中有大量N2O生成,且最终产物N2主要是通过Rh表面吸附态N2O解离生成.同时,敏感性分析表明,N2O的相关基元反应对NO还原有着重要影响.

柴油机排放后处理技术的进展及发展趋势

本文综述了,柴油机排放主要是氮氧化物和微粒排放的后处理技术的新进展,并介绍了其发展趋势。指出机外净化将在满足未来排放法规过程中发挥越来越重要的作用,DeNOx-DPF组合形式的反应器系统将来可能会是一个较为理想的选择。

柴油机LNT浓燃过程中铑表面CO还原NO的详细反应机理

研究了在柴油机尾气稀燃NOx捕集(LNT)技术再生阶段中,考虑了反应的副产物N2O,用CO还原NO的反应过程。建立了铑催化剂表面CO还原NO及N2O的详细化学反应机理。分别对CO-NO反应及不同进气比例下的CO-N2O反应,进行了数值模拟,其结果与实验吻合良好。结果表明:N2O是CO还原NO过程中的重要中间产物,且在一定条件下可继续被CO还原。在475～620K温度区间内,NO还原过程主要是通过N2O路径实现的。对于单独的CO-N2O反应,研究了进气中CO浓度的影响,并通过对基元反应速率的分析,确定了反应的限速步为N2O解离。

柴油机LNT再生过程铂催化CO还原NO_x反应机理

用数值模拟的方法研究了柴油机稀燃NO_x捕集技术(LNT)浓燃再生过程中CO还原NO的反应过程.建立了铂(Pt)催化剂表面CO还原NO的详细化学反应机理模型,该机理包括5种气相组分、5种表面组分和11步基元反应,其中包含了CO_2、N_2和副产物N_2O的生成路径.对反应器出口各主要组分摩尔分数随温度的变化情况进行了模拟,其结果与文献中的试验数据吻合良好.CO和NO的反应开始于250,℃左右,N_2O为低温区间的主要产物;300,℃时,N_2开始生成,并逐渐取代N_2O成为主要产物.分析了生成N_2的两条反应路径,结果表明:当温度低于330,℃时,N原子重组路径占主导;而温度高于330,℃时,N_2O分解路径占主导.此外,预测了CO摩尔分数对CO和NO转化率的影响,证明了CO自抑制效应,即随着CO摩尔分数的增加NO转化率先升高后降低.

柴油机SCR催化转化器的数值模拟

在实际应用中,选择性催化还原(SCR)系统中尿素水溶液的不完全分解容易导致在喷嘴、混合器和壁面等处形成沉积物,不仅降低NO_x转化效率,还会增加排气背压,影响发动机动力性能.采用数值模拟的方法对SCR系统内化学反应和流动过程进行研究,建立了SCR反应动力学模型,该模型能够较为准确地预测转化器出口各气体组分随时间的变化规律.将验证后的动力学模型和三维流动模型相耦合,考察SCR反应器内部化学反应和流动过程,并模拟了混合器对温度场、浓度场和壁膜的影响.结果表明:混合器能够显著提高催化器前流动及气体浓度均匀性,并有助于降低尿素沉积物生成风险.

柴油机Fe-Cu分子筛SCR催化剂的数值模拟

建立催化反应动力学模型预测和比较Fe、Cu分子筛催化剂的NOx还原性能.考虑了NH3的吸附和脱附、NH3氧化、NO氧化及NOx还原反应.结果表明:Cu分子筛催化剂低温(<400℃)时标准选择性催化还原(SCR)反应转化率较高,而Fe分子筛催化剂高温(>400℃)时催化活性较高.考虑到两种分子筛催化剂在不同温度范围内SCR反应活性的差异,将Fe、Cu分子筛催化剂进行分区及分层组合以拓宽组合催化剂的反应活性温窗.在标准SCR反应下,Fe分子筛催化剂(总长度的20%)布置在Cu分子筛催化剂上游为最佳分区组合;Fe分子筛催化剂(总涂层厚度的25%)涂覆在Cu分子筛催化剂上层为最佳分层组合,最佳分区组合布置在整个温度范围内能实现更高的NOx转化率.然而根据对Cu分子筛催化剂和最佳Fe-Cu分区组合催化剂的瞬态响应特性研究,发现Cu分子筛催化剂具有更好的低温瞬态响应特性.通过优化氨氮比,提高了最佳分区组合催化剂的NOx转化率.

钾对镁铝水滑石复合氧化物的表面改性

利用X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS),原位红外(in situ IR)光谱和CO2程序升温脱附(CO2-TPD)等技术研究了K对Mg-Al水滑石复合氧化物(MgAlO)的表面改性.结果表明,当K负载量≤8%(w)时,K高度分散在MgAlO表面,并与载体作用形成了新的Lewis碱位.其中,K取代MgAlO弱碱位OH上的质子形成弱碱性的Mg(Al)-O-K;与强碱位表面O2-结合形成强碱性的Mg-O-K.当K负载量为5%-8%(w)时,还存在与载体作用较弱并具有更强碱性的准自由KOx.K增强MgAlO碱性的本质是K的电荷转移到了表面氧负离子上.

Pd和K共负载的Mg-Al水滑石基氧化物同时去除碳烟和NO_x

采用浸渍法将Pd和K共同负载到Mg-Al水滑石基氧化物(Pd-K/MgAlO)上,用于碳烟颗粒和NOx的同时去除,并与Pd/MgAlO和K/MgAlO催化剂进行了比较.研究发现,单独的Pd负载不具备催化碳烟燃烧的活性,但可以提高生成CO2的选择性;引入NOx后,Pd可以通过促进NO氧化对碳烟燃烧有所改善,同时可以去除少量的NOx.当Pd与K共负载时,碳烟燃烧温度显著降低;引入NOx后,起燃温度进一步降低至240,℃左右,而且碳烟燃烧受接触方式的影响不大,其中催化作用的主要影响组分是K.在Pd和K协同作用下,NOx的最大去除效率达到45%,高于Pd/MgAlO和K/MgAlO的去除效率.其中,一部分NOx被碳烟还原,另一部分则发生了分解反应.

双载体汽车催化转化器反应流动的数值模拟

用计算流体力学(CFD)方法对汽车尾气单级双载体催化转化器流场进行数值模拟,并采用合理的统计公式计算出流动均匀性指数,直观地反映出载体间隙、载体孔密度以及前后载体长度等结构参数对转化器内流动特性的影响.结果表明:载体间隙越大,流动分布越均匀;增加前载体孔密度,气流速度分布得以改善,且催化转化器内的压力损失在可接受范围内;载体间隙不变时,前载体越长,气流速度分布越均匀.以铑催化剂表面的CO-O2反应为例,采用详细反应机理耦合CFD模型,研究了起燃阶段前后载体长度变化对转化率的影响.结果显示,在保持载体总长度不变情况下,前载体越长,催化剂起燃温度越低.

基于稳态等温反应的碳烟燃烧活化能计算

在固定床反应器上进行4种温度下的碳烟等温燃烧反应,计算碳烟燃烧速率,当温度升高至420℃时,燃烧速率增为0.266μmol.min-1;采用近似方法将等温碳烟燃烧动力学方程简化成线性方程,对所得燃烧速率作线性回归分析,结果得到碳烟燃烧表观活化能Ea为128.9 kJ.mol-1,接近文献报道值,表明稳态等温氧化反应可用于碳烟燃烧动力学分析。

贵金属Pt表面NO催化还原的数值模拟

本文应用微观动力学方法，建立了汽车尾气催化後处理系统中贵金属Pt表面CO催化还原NO的基元反应机理。其中基元反应的指前因子是由过渡态理论中的量级估算法而得，基元反应活化能是利用单位键指标一二次指数势法中的半经验公式计算而得。并分别与固定床反应器模型和连续搅拌理想反应器模型耦合进行数值模拟，并与动力学实验数据进行验证。

铂表面H_2还原NO_x的详细反应机理

研究了柴油机NO_x存储还原技术(NSR)浓燃再生阶段中NO还原反应。发展了铂催化剂表面H_2还原NO的详细化学反应机理,包括6种气相组分、10种表面组分及28步基元反应,其中包含了主要含氮产物N_2及副产物N_2O和NH3的生成路径。此机理与CHEMKIN软件中的活塞流反应器(PFR)模型耦合进行数值模拟,反应器出口各组分体积分数预测结果与文献中实验数据吻合良好。在NO体积分数为500×10^-6、反应器入口温度为270℃的条件下分析了进气中H2体积分数((100~2500)×10^(-6))对含氮产物选择性的影响。结果表明,H_2体积分数小于500×10^(-6)时,N_2和N_2O为主要的含氮产物;随着H_2体积分数逐渐升高,当Φ(NO)/Φ(H_2)高于1.5时,NH_3成为主要产物。由敏感性分析结果可知,NH_3对H_2吸附反应的敏感性系数最大,提高该反应速率将促进NH_3的生成。