一种船舶低速柴油机SCR反应器废气均匀性评价方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种船舶低速柴油机SCR反应器废气均匀性评价方法及系统，涉及SCR反应器技术领域，包括：构建废气流通域几何模型，对废气流通域几何模型进行网格划分；对SCR反应器内废气流场进行稳态仿真计算，提取SCR反应器中首层催化剂入口处设定截面的气流速度、氨气质量分数及单元网格面积数据；比较所述截面所有面单元网格的气流速度或氨气质量分数数据与其面积加权平均值加减设定倍数标准差的关系，得到符合条件的单元网格总面积；以满足设定面积占比作为所述截面的气流速度分布或氨气浓度分布均匀性的评价准则，形成废气均匀性评价方案。本发明专利技术具有清晰的评价指标，能够解决相对均匀性偏差评价标准不能真实反映仿真结果优劣的问题，实施步骤简单。实施步骤简单。实施步骤简单。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶低速柴油机SCR反应器废气均匀性评价方法及系统


[0001]本专利技术涉及SCR反应器
，尤其涉及一种船舶低速柴油机SCR反应器废气均匀性评价方法及系统。

技术介绍

[0002]SCR技术被广泛用于柴油机氮氧化物排放控制领域，常用的技术方案是利用氨气为还原剂在氧气和催化剂存在条件下，将柴油机废气中的氮氧化物转化为氮气和水，从而降低污染物的排放量。为确保催化剂的有效利用率和长期使用性能，需要保证反应器中首层催化剂入口截面附近的废气速度分布均匀性和氨气浓度分布均匀性满足一定要求。当首层催化剂入口截面附近的废气均匀性不满足要求时，就需要更改SCR系统中扰流、导流或均流部件的设计，直至满足要求。优化过程一般通过CFD仿真模拟的方式实现。
[0003]在仿真模拟优化过程中，废气均匀性评价方法非常重要，目前常采用相对均匀性偏差来反应均匀性优劣，这是一种实验采样性质的评价方法，更适合对实验测量结果而不是对仿真结果做出评判。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种船舶低速柴油机SCR反应器废气均匀性评价方法及系统，具有清晰的评价指标，能够解决相对均匀性偏差评价标准不能真实反映仿真结果优劣的问题，实施步骤简单。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0006]第一方面，本专利技术的实施例提供了一种船舶低速柴油机SCR反应器废气均匀性评价方法，包括：
[0007]构建废气流通域几何模型，并对废气流通域几何模型进行网格划分；
[0008]对SCR反应器内废气流场进行稳态仿真计算，提取SCR反应器中首层催化剂入口处设定截面的气流速度、氨气质量分数及单元网格面积数据；
[0009]比较所述截面所有面单元网格的气流速度或氨气质量分数数据与其面积加权平均值加减设定倍数标准差的关系，得到符合条件的单元网格总面积；以满足设定面积占比作为所述截面的气流速度分布或氨气浓度分布均匀性的评价准则，形成废气均匀性评价方案。
[0010]作为进一步的实现方式，计算设定截面上气流速度或氨气质量分数的面积加权平均值和标准差S；比较所述截面所有面单元网格上的气流速度或氨气质量分数数据与其面积加权平均值
±
1～3倍标准差的关系，统计符合条件的单元网格的总面积。
[0011]作为进一步的实现方式，所述评价准则满足：
[0012][0013][0014][0015]其中，α为阈值系数，A
1s
、A
2s
、A
3s
分别表示该截面上所有气流速度或者氨气质量分数在范围内的单元网格的面积总和，A
i
表示任一个单元网格的面积。
[0016]作为进一步的实现方式，α小于等于1；当α＝1时，即假设该截面上的物理量符合正态分布的规律。
[0017]作为进一步的实现方式，如果气流速度或氨气质量分数的均匀性统计结果中任何一方不能满足评价准则，重新设计扰流、导流或均流部件，建立仿真模型，计算和评估均匀性，直至满足要求。
[0018]作为进一步的实现方式，利用计算流体动力学仿真软件对SCR反应器内废气流场进行稳态仿真计算。
[0019]作为进一步的实现方式，利用后处理软件提取设定截面上每个面网格的气流速度、氨气质量分数和面积数据。
[0020]作为进一步的实现方式，根据SCR反应器入口废气参数和催化剂参数，确定混合管路、反应器及连接管路的具体结构和尺寸，并估算尿素喷射量。
[0021]作为进一步的实现方式，设计对催化剂层入口废气均匀性起主要作用的部件，构建详细几何模型；保留详细几何模型的主要特征结构，得到简化后的废气流通域几何模型。
[0022]第二方面，本专利技术的实施例还提供了一种船舶低速柴油机SCR反应器废气均匀性评价系统，包括：
[0023]废气流通域几何模型构建模块，用于构建废气流通域几何模型，并对废气流通域几何模型进行网格划分；
[0024]数据提取模块，用于对SCR反应器内废气流场进行稳态仿真计算，提取SCR反应器中首层催化剂入口处设定截面的气流速度、氨气质量分数及单元网格面积数据；
[0025]均匀性评价方案生成模块，用于比较所述截面所有面单元网格的气流速度或氨气质量分数数据与其面积加权平均值加减设定倍数标准差的关系，得到符合条件的单元网格总面积；以满足设定面积占比作为所述截面的气流速度分布或氨气浓度分布均匀性的评价准则，形成废气均匀性评价方案。
[0026]本专利技术的有益效果如下：
[0027](1)本专利技术首先对低速柴油机SCR系统内流场进行模拟，提取分析反应器中催化剂入口附近截面上的气流速度、氨气质量分数及单元网格面积数据，然后比较截面上所有面网格的数据与其面积加权平均值加减设定倍数标准差的关系，统计符合条件的单元网格的总面积，通过是否满足特定面积占比来表征该截面的气流速度分布和氨气浓度分布均匀性优劣；符合仿真结果的数据特点，没有引入近似误差，评价指标清晰，实施步骤简单，能够真实反映仿真结果中速度分布均匀性和氨气浓度分布均匀性的优劣。
[0028](2)根据仿真结果特点，每个单元网格会对应一个物理量值，通常每个单元网格的面积并不相同，面积大的单元网格在均匀性评价中理应占有更大的权重。目前常采用的相
对均匀性偏差法不包含单元网格面积的影响，不能如实反应每一个数据点因所在单元网格面积大小不同而产生的影响，本专利技术中的评价准则考虑了单元网格面积大小的影响，符合仿真结果的数据特点。
[0029](3)本专利技术需要进行均匀性分析的截面上的每个单元网格都参与计算，计算精度只与网格数量有关，本质上不引入其他误差；而相对均匀性偏差法仅仅在截面上选取一定数量的点，取样本点的方式仅仅是近似估计，这种方法本身就决定了总会有一定偏差。
[0030](4)本专利技术直接利用CFD前后处理软件即可完成所有评价流程，实施步骤简单，评价指标明确清晰。
附图说明
[0031]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0032]图1是本专利技术根据一个或多个实施方式的流程图；
[0033]图2是本专利技术根据一个或多个实施方式的SCR系统废气流通域网格模型；
[0034]图3是本专利技术根据一个或多个实施方式的首层催化剂入口前10mm截面氨气质量分数云图；
[0035]图4是本专利技术根据一个或多个实施方式的首层催化剂入口前10mm截面氨气质量分数云图(数据范围)；
[0036]图5是本专利技术根据一个或多个实施方式的首层催化剂入口前10mm截面氨气质量分数云图(数据范围)；
[0037]图6是本专利技术根据一个或多个实施方式的首层催化剂入口前10mm截面氨气质量分数云图(数据范围)；
[0038]图7是本专利技术根据一个或多个实施方式的首层催化剂入口前本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船舶低速柴油机SCR反应器废气均匀性评价方法，其特征在于，包括：构建废气流通域几何模型，并对废气流通域几何模型进行网格划分；对SCR反应器内废气流场进行稳态仿真计算，提取SCR反应器中首层催化剂入口处设定截面的气流速度、氨气质量分数及单元网格面积数据；比较所述截面所有面单元网格的气流速度或氨气质量分数数据与其面积加权平均值加减设定倍数标准差的关系，得到符合条件的单元网格总面积；以满足设定面积占比作为所述截面的气流速度分布或氨气浓度分布均匀性的评价准则，形成废气均匀性评价方案。2.根据权利要求1所述的一种船舶低速柴油机SCR反应器废气均匀性评价方法，其特征在于，计算设定截面上气流速度或氨气质量分数的面积加权平均值和标准差S；比较所述截面所有面单元网格上的气流速度或氨气质量分数数据与其面积加权平均值
±
1～3倍标准差的关系，统计符合条件的单元网格的总面积。3.根据权利要求2所述的一种船舶低速柴油机SCR反应器废气均匀性评价方法，其特征在于，所述评价准则满足：所述评价准则满足：所述评价准则满足：其中，α为阈值系数，A
1s
、A
2s
、A
3s
分别表示该截面上所有气流速度或者氨气质量分数在范围内的单元网格的面积总和，A
i
表示任一个单元网格的面积。4.根据权利要求3所述的一种船舶低速柴油机SCR反应器废气均匀性评价方法，其特征在于，α小于等于1；当α＝1时，即假设该截面上的物理量符合正态分布的规律。5.根据权利要求2所述的一种船舶低速柴油机SCR反应器废气均匀性评价方法，其特征在于，如果气流速度或...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐佳东，张光伟，张印光，刘佃涛，宋红卫，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团柴油机有限公司，
类型：发明
国别省市：