【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于柴油機尾氣處理，具體為一種選擇性催化還原反應器單通道的建模方法。
技術介紹
1、重型商用車載重量大、作業時間長、穩定運行素質要求高、部分工況十分惡劣，新能源重型商用車短時間內難以滿足商業運輸市場需要。柴油機憑借其高燃油經濟性、較低的二氧化碳排放量以及強大的扭矩輸出，成為了商業運輸領域的主要動力來源。對于長途運輸和重載車輛而言，柴油機能夠顯著降低運營成本，同時在保證動力的同時減少碳排放，符合當前環保和經濟的雙重需求。這些優勢使得柴油發動機在商用車市場中占據主導地位，尤其在物流、貨運和公共交通等行業發揮著重要作用。然而，當前重型貨車、大型客車等重型商用車雖然保有量占比不高，但其污染物微粒氮氧化物(nox，nitrogen?oxides)排放量在交通領域的占比較高，高達86％左右，因此，重型商用車已然成為交通領域減污降碳的重點。
2、目前，基于銅基分子篩催化劑的選擇性催化還原(scr，selective?catalyticreduction)技術被廣泛認為是最有效的減少柴油機尾氣中微粒(pm)和氮氧化物(nox)排放的技術之一。水熱穩定性被認為是評價scr催化劑耐久性的重要標準。水熱老化對選擇性催化還原反應器性能有影響。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的上述問題，本專利技術的目的是提供一種選擇性催化還原反應器溫和水熱老化的建模方法，建立了scr單通道數學模型，通過該模型可求得氮氧化物轉換率，從而可以評估或評價所述反應器的減排性能。所述scr單通道模型考慮了傳
2、為了實現上述目的，本專利技術所采用的技術方案是：
3、選擇性催化還原反應器單通道的建模方法，所述反應器的內部設有多個scr單通道，所述scr單通道為圓筒狀結構，所述圓筒狀結構的側壁為由催化劑形成的催化涂層，催化涂層圍成的圓筒狀結構內的通道為主通道，催化涂層內部有許多孔道，催化劑的活性位點上吸附氨氣分子和進行選擇性催化還原反應，所述建模方法包括如下步驟：
4、步驟s1：建立scr單通道數學模型，該模型對應的方程組包括主通道中氣相物質的組分平衡方程、主通道中氣相物質的動量平衡方程、主通道中氣相物質的焓平衡方程、催化涂層中氣相組分平衡方程、催化涂層中氣相焓平衡方程、催化涂層中nh3覆蓋平衡方程、氣相-涂層交界面的組分平衡方程、氣相-涂層交界面的焓平衡方程；
5、步驟s2：給定所述scr單通道模型的初始條件和邊界條件、根據scr單通道的特點限定步驟s1中所述方程組中部分未知參數的值或表達式，將限定的參數的值或表達式代入步驟s1中的各方程中，得到所述scr單通道模型對應的封閉的方程組。
6、作為上述技術方案的進一步改進：
7、步驟s2中，限定的未知參數包括：任一組分在催化涂層表面的傳質系數，任一組分分別在主通道內和催化涂層內的擴散系數，所述催化涂層中催化劑的比表面積，所述scr單通道中涉及的各化學反應的反應速率表達式，催化涂層中催化活性位的濃度；步驟s2中，計算任一組分在所述催化涂層內的擴散系數時，將催化涂層的孔道結構簡化為具有正弦波形的毛細管束，采用催化涂層內孔道的平均半徑作為描述孔徑分布的代表性指標；主通道內傳質只考慮體相擴散，催化涂層內傳質只考慮體相擴散和knudson擴散。
8、主通道中氣相物質的組分平衡方程為：
9、
10、其中，t表示時間；z表示軸向方向；ρ表示排氣密度，即所述主通道內的氣體密度；v表示排氣速度，即主通道內的氣體速度；yi表示主通道內的組分i的質量分數；di表示主通道內組分i的擴散系數；
11、主通道中氣相物質的動量平衡方程為：
12、
13、其中，μ表示動力粘度；p表示壓強；
14、主通道中氣相物質的焓平衡方程為：
15、
16、其中，cp表示主通道內氣體的比熱容；λg表示主通道內氣體導熱率；tg表示主通道內的氣體溫度；
17、催化涂層中氣相組分平衡方程為：
18、
19、其中，ρw為催化涂層內氣體的密度；x表示徑向方向；yw,i為組分i在催化涂層內的質量分數；dw,i為組分i在催化涂層內的擴散系數；ac為催化涂層中催化劑的比表面積；γi,j為組分i在化學反應j的化學計量比；mi為組分i的摩爾質量；rj為化學反應j的反應速率；
20、催化涂層中氣相焓平衡方程：
21、
22、其中，tw為催化涂層內氣體溫度；λw為催化涂層內氣體導熱率；δhm，j為化學反應j的標準生成焓；
23、催化涂層中nh3覆蓋平衡方程為：
24、
25、其中，ω為催化活性位濃度；θnh3為吸附的nh3在催化涂層反應表面的覆蓋度；γnh3,j為化學反應j中nh3的化學計量比；
26、氣相-涂層交界面的組分平衡方程為：
27、
28、其中，km,i為組分i在涂層表面的傳質系數；
29、氣相-涂層交界面的焓平衡方程為：
30、
31、其中，dh為主通道水力直徑，kh為氣相-涂層交界面的傳熱系數。
32、所述scr單通道模型的初始條件為：
33、
34、邊界條件為：
35、
36、其中，l為主通道長度，該長度為軸向長度；δw為催化涂層厚度；θ0nh3為初始吸附的nh3在催化涂層反應表面的覆蓋度。
37、
38、其中，l為主通道長度，該長度為軸向長度；re為雷諾數；sc為施密特數。
39、計算任一組分在所述催化涂層內的擴散系數時，將催化涂層的孔道結構簡化為具有正弦波形的毛細管束，則：
40、
41、其中，ε是孔隙率，s⊥是法線方向，n是催化涂層單位面積孔道的數量，le是催化涂層內單個孔道的長度，l是催化涂層的厚度，n是摩爾擴散通量，δc是孔道結構出口和入口氣體組分濃度差，τ為涂層曲折度；τf為曲折度因子。
42、或者
43、
44、其中，vads是吸附的活性組分體積；vm是吸附的活性組分的摩爾體積；na是阿伏伽德羅常數；m是催化劑質量；w是銅基分子篩催化劑中cu的質量分數；n是活性組分與cu的化學計量比，am是所述催化劑表面上每個吸附位點所占據的表面積，m為單位催化涂層體積的催化質量，a本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.選擇性催化還原反應器單通道的建模方法，其特征在于，所述反應器的內部設有多個SCR單通道，所述SCR單通道為圓筒狀結構，所述圓筒狀結構的側壁為由催化劑形成的催化涂層，催化涂層圍成的圓筒狀結構內的通道為主通道，催化涂層內部有許多孔道，催化劑的活性位點上吸附氨氣分子和進行選擇性催化還原反應，所述建模方法包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的建模方法，其特征在于：步驟S2中，限定的未知參數包括：任一組分在催化涂層表面的傳質系數，任一組分分別在主通道內和催化涂層內的擴散系數，所述催化涂層中催化劑的比表面積，所述SCR單通道中涉及的各化學反應的反應速率表達式，催化涂層中催化活性位的濃度；步驟S2中，計算任一組分在所述催化涂層內的擴散系數時，將催化涂層的孔道結構簡化為具有正弦波形的毛細管束，采用催化涂層內孔道的平均半徑作為描述孔徑分布的代表性指標；主通道內傳質只考慮體相擴散，催化涂層內傳質只考慮體相擴散和Knudson擴散。
3.根據權利要求1或2所述的建模方法，其特征在于：主通道中氣相物質的組分平衡方程為：
4.根據權利要求3所述的建模方法，其特征在
5.根據權利要求3所述的建模方法，其特征在于：
6.根據權利要求3所述的建模方法，其特征在于：計算任一組分在所述催化涂層內的擴散系數時，將催化涂層的孔道結構簡化為具有正弦波形的毛細管束，則：
7.根據權利要求3所述的建模方法，其特征在于：
8.根據權利要求3所述的建模方法，其特征在于：
9.根據權利要求3所述的建模方法，其特征在于：
10.根據權利要求3所述的建模方法，其特征在于：柴油機尾氣中氮氧化物主要包含一氧化氮和二氧化氮，氮氧化物轉化率XNOX為建立的模型的性能指標，為：
...【技術特征摘要】
1.選擇性催化還原反應器單通道的建模方法，其特征在于，所述反應器的內部設有多個scr單通道，所述scr單通道為圓筒狀結構，所述圓筒狀結構的側壁為由催化劑形成的催化涂層，催化涂層圍成的圓筒狀結構內的通道為主通道，催化涂層內部有許多孔道，催化劑的活性位點上吸附氨氣分子和進行選擇性催化還原反應，所述建模方法包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的建模方法，其特征在于：步驟s2中，限定的未知參數包括：任一組分在催化涂層表面的傳質系數，任一組分分別在主通道內和催化涂層內的擴散系數，所述催化涂層中催化劑的比表面積，所述scr單通道中涉及的各化學反應的反應速率表達式，催化涂層中催化活性位的濃度；步驟s2中，計算任一組分在所述催化涂層內的擴散系數時，將催化涂層的孔道結構簡化為具有正弦波形的毛細管束，采用催化涂層內孔道的平均半徑作為描述孔徑分布的代表性指標；主通道內傳質只考慮體相擴散，催化...
【專利技術屬性】
技術研發人員：鐘超，蘇鈺皓，陳波，郭競成，龍明軒，許杰雄，
申請(專利權)人：湖南工程學院，
類型：發明
國別省市：
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