为了满足日益严苛的排放法规,柴油机SCR系统作为高效消除NOx的尾气后处理技术得到了广泛应用。目前柴油机SCR系统普遍采用尿素水溶液作为还原剂添加剂,由于尿素水溶液的固有特性,其在管道中的不完全分解会导致结晶的产生。随着排放法规升级,柴油机低速低负荷工况排放比重加大,排气低温化趋势使得尿素结晶问题更加突出。由于对于尿素结晶过程的仿真工具不够完善,目前普遍通过大量试验来优化SCR系统以避免尿素结晶,因此明确柴油机SCR系统中尿素结晶的生成机理、建立有效的仿真模型对于SCR系统的设计和优化有着重要意义。本文针对柴油机SCR系统尿素结晶问题,通过可视化试验研究了SCR尿素喷射过程壁膜及结晶生成特性,结合尿素受热分解的试验研究明确了尿素结晶的生成机理,并据此建立了耦合尿素热解机理的SCR还原剂添加全过程模型,实现对尿素结晶过程的仿真计算,为柴油车SCR尿素喷射优化提供了可靠的仿真工具。全文的主要工作及结论如下:（1）尿素结晶过程的试验研究:基于可视化试验,本文对SCR系统中尿素结晶过程进行了直接观察,总结了两种不同的尿素结晶生成模式:尿素喷射时在管道壁面产生液态壁膜,壁膜内水分的蒸发导致尿素等物质过浓析出,最后凝固形成结晶,在保持尾气温度时这部分结晶能够很快分解消除;部分结晶形成后会阻挡上游壁膜运动,在该处发生壁膜的堆积,造成结晶的筑坝生长,而保持尾气温度时这类结晶也难以消除。基于尿素热解的程序升温试验,本文对尿素热解反应机理进行了研究,结果表明HNCO是尿素分解副产物的重要中间产物,生成时会溶解在熔融的反应物中,扩大反应面积、增加HNCO蒸发速率能有效减小副产物的生成。结晶筑坝生长时壁膜的堆积导致HNCO的聚集,因此产生的结晶更难分解。（2）尿素壁膜及结晶模型研究:在试验研究的基础上,搭建了尿素热解的反应动力学模型,基于粒子群算法优化了反应动力学参数,并考虑了反应面积对三聚氰酸分解过程的影响,对该反应进行了改进。将反应动力学模型耦合到准三维的壁膜模型中,能够计算壁膜内反应物的组分变化,并考虑了壁膜组分的液固物态转化过程,通过壁膜的粘度变化体现结晶的筑坝生长过程。（3）SCR还原剂添加全过程模型研究:整合了排气管内的气体流动、喷雾运动、液滴蒸发热解、喷雾碰壁、壁膜形成发展及结晶过程,构建了SCR系统还原剂添加全过程模型。其中考虑了喷雾液滴和壁膜中尿素的热解过程差异,进一步优化了液滴热解反应动力学模型,通过气相产物对模型参数进行了辨识。从气相产物分布、壁膜面积、结晶位置、结晶成分及质量等方面对模型进行了全面的验证,结果显示模型具有较好的精度,能够实现从尿素喷雾到结晶过程的全面仿真,作为仿真工具能够指导实际SCR系统的设计和优化工作。（4）尿素结晶过程的仿真研究:基于建立的模型,对SCR系统内影响尿素结晶生成的因素进行了仿真研究。结果表明温度对结晶的影响最为直接,提高排气温度能够大幅度减少壁膜和结晶质量,但结晶中的三聚氰酸、三聚氰酸一酰胺等难分解物质的比例也会随之上升;管道保温可以减少壁膜和结晶生成量,但在持续喷射下保温的效果不明显;管道加热能大幅度避免壁膜和结晶的生成,且在排温较低时效果最好;减小液滴粒径能提高液滴蒸发热解速率,有效避免结晶的产生;增加喷雾锥角、减小管道弯曲程度能扩大液滴碰壁范围,降低壁膜厚度,减少结晶中难分解物质的比例。