本教程演示利用FLUENT进行尾气SCR处理系统模拟的基本设置过程。

利用含氮还原剂选择性催化还原(Slective Catalytic Reduction，SCR)工艺有利于脱除有害的氮氧化物，该工艺过程在汽车工业中越来越受到关注。由于柴油发动机排气温度较低，在催化剂存在的情况下，氨常被用作与NOx反应的催化剂。

然而，为保证安全、方便的储存和操作，常用尿素水溶液作为汽车后处理系统的脱氮催化剂。将尿素水溶液注入SCR催化剂的上游废气中，液体射流经过雾化、蒸发/分解、水解等步骤，形成由氨气、异氰酸、水、氧气等组分组成的混合物，该混合物在SCR催化剂中与NOx发生反应并将NOx转化为氮气，从而减少废气中的NOx。

SCR的性能可以通过其脱氮效率、氨及异氰酸的转换率来衡量，而这些参数在很大程度上取决于尿素注入量和分解率。

本案例提供了网格文件，但是在创建几何图形和网格时要考虑以下几点：

壁面热模型非常重要，因为其会影响壁面温度，进而影响到尿素的沉积。在保温区域划分计算网格可以提供较为准确的结果。但是在薄壳体中创建网格可能会产生非常多的计算网格，从而导致计算开销会很大。此时可采用薄壁热传导模型模拟保温材料及薄壳，采用此方法无需划分壁面网格，只需要指定壁面厚度即可。

划分网格时考虑：

颗粒碰撞和喷雾模型会产生网格依赖的解。此外进行喷雾标定研究以确定合适的喷雾模型常数、网格大小(在喷雾发展区域)和DPM时间步长也很重要。

案例主要涉及内容：

在本案例中将模拟在汽车SCR系统中发生的液滴入射、雾化、蒸发/分解及混合过程。为评价SCR系统的性能，将使用均匀度指数的概念，其间接地表达了SCR系统的脱氮效率。

场变量的面积加权均匀性指数定义为：

体积加权均匀性指数定义为：

式中，及分别为面积A的面积向量与速度向量。为介质的密度。

注：本案例不求解氨气与NOx的化学反应过程，仅求解计算尿素水溶液的蒸发分解与混合过程。若想要考虑氨气与NOx的化学反应过程，需要添加气相体积反应方程。

注：Fluent材料库中包含了urea-water-air混合物，省去了单独定义材料的过程。

修改完毕后的入射器参数如下图所示。

创建完毕后的入射器如下图所示。

注：本案例中不涉及到NOx参与的反应，仅利用NH3及HNCO的浓度均匀性作为SCR效率的评价指标，因此组分中不包含NOx。若要做NOx与NH3等的化学反应，则需要将相应的反应物与产物都添加进来。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道