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研究生:江昱翰
研究生(外文):Yu-Han Jiang
論文名稱:以CFD模擬不同均流板模型對SCR脫硝效率影響之研究
論文名稱(外文):Study on the influence of SCR de-NOx efficiency using different orifice plate models simulated from CFD
指導教授:林淵淙高志明高志明引用關係
指導教授(外文):Yuan-Chung LinChih-Ming Kao
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:環境工程研究所
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2019
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:102
中文關鍵詞:柴油引擎均流板觸媒載體ANSYS FLUENT 軟體紊流模式
外文關鍵詞:catalyst carrierdiesel engineorifice plateANSYS FLUENT softwareturbulence model
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柴油車輛引擎由於具有較高的熱效率、省油等特點,且擁有其他引擎不易取代的特性及優勢,是高扭力輸出動力機具的首選。現今車輛雖有配置觸媒轉化器以抑制污染物的排放,但因廢氣進入觸媒轉化器前擴散性不佳、且與觸媒接觸時間過短等可能會造成環境的嚴重污染。本研究以ANSYS FLUENT軟體作為研究工具,探討柴油引擎排氣管內部流場的數值模擬,包含:進度溫度、均流板、速度場分布、溫度場分布。並透過柴油引擎的實驗與模擬結果相互比較,以求得最佳均流板形式。由速度流場模擬分布圖得知進氣速度固定為3m/s的情況下,經均流板後進入觸媒前的流場分布,擴散效果以Type V為最佳。由溫度模擬流場分布圖得知進氣速度固定為3m/s、進氣溫度分別為200°C、300°C、400°C,結果顯示,不同的均流板對尾氣的進氣溫度較無顯著的影響。而在引擎實驗中,以Type V結合金屬波紋式觸媒載體最佳削減率為300°C與350°C下的84.4%;而在結合陶瓷纖維蜂巢式觸媒載體最佳削減率則是在 350°C下的79.0%。且相較於金屬波紋式觸媒載體未增設均流板的最佳削減率為300°C下的69.5%;陶瓷纖維蜂巢式觸媒載體未增設均流板的最佳削減率為400°C下的69.4%。由實驗成果顯示於排氣管路中加入均流板Type V對流場的擴散、觸媒的反應時間有加成的效果。
Diesel engine has better thermal efficiency and fuel economy than other engines, with the irreplaceable characteristics. Diesel engine is the first choice for the high torque output power machine. Although vehicles are equipped with catalytic converter to decrease the emission of pollutants, the environmental pollution may be caused by poor diffusion of the exhaust gas before entering the catalytic converter and short residence time with the catalyst. In this study, ANSYS FLUENT model is used as the research tool to explore the numerical simulation of the internal flow field of diesel engine exhaust pipe. According to inlet Temperature, orifice plate, velocity flow field, temperature flow field. And compared with the result of simulation and the result through the diesel engine experiment to find the best orifice plate model. According to the velocity flow field, when the inlet velocity is 3m/s, the flow field distribution before entering the catalyst, the orifice plate model type V is the best. According to the temperature flow field, the inlet velocity is 3m/s and the temperature is 200 °C, 300 °C and 400 °C. The results show that the different inlet temperature has no significant impact. In the engine experiment, the orifice plate model type V combined with metal catalyst, the best reduction rate is 84.4% at 300°C and 350°C. And the orifice plate model type V combined with ceramic fiber catalyst, the best reduction rate is 79.0% at 350°C. Non-orifice plate with metal catalyst, the best reduction rate is 69.5% at 300°C. And non-orifice plate with ceramic fiber catalyst, the best reduction rate is 69.4% at 400°C. The experimental results show that the flow field diffusion and the residence time in catalyst with the orifice plate model type V, have a better effect.
論文審定書 i
摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 ix
第一章 前言 1
1-1 研究緣起 1
1-2 研究目的 4
第二章 文獻回顧 5
2-1 柴油車輛現狀與環保標準 5
2-1-1 國內柴油車輛排放廢氣管制現況與環保標準 5
2-1-2 國外柴油車輛排放廢氣管制現況與環保標準 7
2-2 柴油引擎介紹及其作動原理 10
2-3 氮氧化物(NOx)的生成機制及其危害 13
2-4 選擇性還原觸媒系統(SCR) 15
2-4-1 選擇性還原觸媒系統(SCR)反應機制 15
2-4-2 觸媒載體材質及結構 17
2-4-3 現今觸媒技術 20
2-5 均流板特性及其影響 22
2-6 數值模擬介紹 23
2.6.1 各類數值模擬簡述 23
2.6.2 耦合方式介紹 24
第三章 實驗材料與方法 27
3-1 研究方法 27
3-2 理論分析及數值方法 29
3-2-1 基本假設 30
3-2-2 統御方程式 31
3-2-3 紊流方程式 34
3-3 實驗步驟流程 37
3-3-1 均流板形式設計 38
3-4 實驗儀器與設備 40
3-4-1 YANMAR YDG-5500N 柴油發電機 40
3-4-2 Leister 10000S氣體加熱器 41
3-4-3 BE-2000手提式車輛&引擎廢氣分析儀 42
3-4-4 掃描電子顯微鏡(SEM) 44
第四章 結果與討論 45
4-1 模型模擬建立 45
4-1-1 幾何建模及生成網格 45
4-1-2 分析設定 50
4-2 均流板改善流場分析 55
4-3 柴油引擎廢氣量測分析 71
4-3-1 商用觸媒製備 71
4-3-2 環境掃描電子顯微鏡表面型態觀察 72
4-3-3 氮氧化物(NOx)之排放特徵 77
第五章 結論與建議 81
5-1 結論 81
5-2 建議 82
第六章 參考文獻 83
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