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随着汽车对NOx排放的贡献越来越大，以及能源的日益短缺和公众环保意识的加强，汽车排放特别是柴油机NOx排放逐渐受到了人们的重视。为了控制NOx和PM排放量，各国相应制定了严格的柴油机排放法规，并普遍认为缸内优化燃烧加尿素选择性催化还原(Urea-SCR)技术是目前控制柴油机NOx和PM排放最有效的策略，这个方案也是目前国际上柴油机领域研究的热点之一。本文对SCR系统进行了深入的研究和探讨，为后续SCR技术的开发和应用提供理论参考和技术支持，主要的研究内容有: (1)研究了Urea-SCR系统结构、工作原理及化学反应原理，分析了影响SCR系统转化效率的主要因素，并提出催化器性能的评价指标。采用AVL FIRE软件对某型柴油机SCR系统进行了三维建模，所建模型包括SCR系统内部流动湍流模型、尿素喷射和雾化模型、多组分模型和催化器内流动传热及催化反应模型等，同时对尿素喷雾特性参数进行了试验研究与计算分析，为相关模型提供了数据，在此基础上对SCR系统进行数值模拟，得到催化器内部详细的流动特性和组分浓度分布，分析了排气温度、空速和NO2/NOx比值对SCR系统的影响。 (2)为了验证所建模型的正确性和可靠性，对装有SCR系统的某型号柴油机进行了排放测试试验，并对发动机进行ESC和ETC循环测试，试验中尿素喷射采用开环控制策略，结果表明，适时适量的尿素喷射，使各污染物排放在满足国Ⅳ排放法规的同时避免了NH3的泄漏。选取几个典型的工况进行了数值模拟，与试验结果进行对比，验证了所建模型的准确性和可靠性。 (3)在所建模型和方法的基础上，对SCR系统喷射区和催化转化区进行了优化。对比不同尿素喷嘴喷孔数目对SCR系统的影响，得出最佳喷孔数目。同时从入口还原剂均匀性、压力损失、NOx转化效率等方面对比了转向型催化器、圆锥型和带导流装置的圆锥型催化器三种催化器结构型式对SCR系统转化效率的影响，结果表明转向型催化器性能较好。另外，对转向型催化器内扩散器的几何参数也进行了优化，并获得一些指导性结论。