基于优化尿素液滴蒸发特性的SCR混合器

从改善尿素溶液蒸发速率方面对一款选择性催化还原(SCR)系统催化转化器的混合器结构进行改进设计,提出一种由半球型和百叶窗组成的新型混合器结构.基于连续相与离散相的耦合计算,对改进前、后的催化转化器内部流场进行数值模拟,结果表明:新型混合器结构能显著提高尿素液滴的蒸发性能,改善催化转化器载体前端气流和氨(NH_3)蒸气分布的均匀性;采用新型混合器结构的催化转化器可使NO_x转化率较改进前明显提高,催化器内部基本无尿素结晶产生,满足国Ⅴ排放要求.

柴油机SCR系统尿素水溶液的喷雾特性

通过建立柴油机SCR后处理系统的UWS喷射雾化模型,综合考虑UWS液滴在排气管道中的湍流扰动、变形、破碎、碰撞聚合和碰壁反弹等一系列理化过程,研究UWS的喷雾雾化分解特性,分析了喷嘴喷射压力、喷孔喷射角度α、喷雾锥角β、喷嘴偏置角度θ和排气管径长比对UWS液滴分解的影响.结果表明:喷射压力过小时,UWS液滴将呈液柱或大液滴状,喷射雾化效果差,NH_3平均体积分数随喷射压力的增大呈线性增大;α对UWS分解有显著影响,随着α的增加,NH_3平均体积分数升高;β对NH_3均匀性系数影响显著,随着β的增大,排气管内壁面附近NH_3的分布更加均匀;随着θ的增大,NH_3平均体积分数不断增大,但其均匀性系数急剧下降;NH_3平均体积分数随排气管直径的增大而减小,后逐渐趋于平缓.

选择性非催化还原脱硝温度窗口内尿素液滴的蒸发和转化特性

主要围绕SNCR温度区间内尿素液滴的蒸发和转化特性开展研究。建立了尿素液滴蒸发和转化过程的在线观测实验系统和数据处理方法,可定量化描述蒸发和转化过程中的尿素液滴粒径变化。实验发现,尿素液滴在高温环境中主要经历了水分蒸发和尿素分解两个阶段,水分蒸发阶段的特征与单质水基本一致,尿素分解阶段的特征与单质尿素基本一致,在尿素分解阶段伴随有微爆现象。温度、尿素溶液浓度的增加会缩短尿素液滴第1阶段的标准化蒸发时间,加剧第2阶段的微爆现象,而液滴初始粒径对第1阶段的影响较小。

基于微流控双水相液滴流酶促反应的尿素检测

以简单、快速的微流控酶促反应方法实现了尿素浓度的可视化检测。在微流控双水相液滴流动中,利用脲酶水解尿素生成碳酸铵使液滴内的中性红指示剂变色,并对液滴颜色强度进行分析来确定待测样品中尿素的浓度,检测范围可达到0~50mg/mL。双水相体系克服了传统油水分析检测平台生物相容性低的缺陷。液滴流以较少的试剂消耗、极大的比表面积、微米级的扩散距离大大提高了反应速率,导致了较快的分析检测速度,将检测时间缩短为20s左右。为应用化学领域的尿素快速分析检测提供借鉴和参考。

排气管壁面温度对尿素水溶液雾化效果的影响

为解决发动机排气管在排气温度较低时出现的尿素结晶问题,该研究从改进尿素水溶液(Urea Water Solution,UWS)雾化效果角度进行分析,搭建UWS喷射雾化试验台架,利用智能温控仪提供恒温壁面,利用高速摄像机记录UWS碰撞不同温度壁面的过程,采用激光粒度仪探究UWS以30°入射角分别碰撞常温(20℃)、100、150和200℃温度壁面后,近壁面处液滴粒径随时间的变化趋势。结果表明:不同壁面温度条件下,液滴的索特平均直径(Sauter Mean Diameter,SMD)大小呈‘M’形分布,测试空间内的SMD整体变化趋势一致,随着壁面温度的升高,SMD逐渐减小。UWS与不同温度壁面碰撞的初期,常温(20℃)壁面的主射区液滴粒径在120~180μm,反射区液滴粒径在100~120μm;壁面温度为100℃时,主射区液滴粒径在120~140μm,反射区液滴粒径在90~110μm;壁面温度为150℃时,主射区液滴粒径在100~120μm,反射区液滴粒径在80~100μm,壁面温度为200℃时,主射区液滴粒径集中在50~70μm,反射区液滴粒径在30~50μm,随着时间的延长,液滴粒径逐渐减小,最后保持稳定。随着壁面温度的升高,测试空间内液滴粒径随时间延长而减小的速度增加,雾化效果更好,壁面残留物经历了由尿素水溶液到尿素晶体、再到熔融态尿素晶体、最后为少量白色粉尘(氰酸聚合物)4个阶段。UWS形成的壁面液膜随着壁面温度的升高逐渐减小,当壁面温度较高时则不会有液膜形成。研究结果可为解决排气管内尿素结晶问题提供理论依据。

尿素溶液单液滴热解特性正交试验

为了解尿素溶液单液滴热解的影响因素,使用由超声波悬浮仪、高速CCD照相机、CO2激光器和计算机组成的试验装置,通过正交试验方法研究液滴直径、蒸发热解能量(激光功率)和溶液质量分数对尿素溶液单液滴热解时间的影响。结果表明:液滴直径和激光功率对尿素溶液单液滴热解时间影响显著,溶液质量分数影响程度较弱;尿素溶液单液滴热解制氨最佳工艺参数为:直径300μm尿素溶液单液滴、36 W的激光功率、质量分数为50%的尿素溶液。尿素溶液液滴在热解炉中最经济合理的停留时间为0.568s。