柴油发动机广泛应用于交通、农业和工程等领域。为了有效控制柴油机的排放污染,各国的相关法规日趋严格。目前柴油机尾气处理系统的混合器存在尿素分解不彻底、氨气分布不均匀、结晶严重等问题。这些问题将直接或间接导致污染物净化效果差。本课题以28R型柴油机的尾气处理系统作为研究对象。通过对催化器混合结构的优化设计和流场特性分析来改善尾气排放性能。所开发的新型混合结构使得该型柴油机的尾气排放指标能够满足现有法规。具体研究内容如下:通过短距螺旋混合器的设计来减少传热损失和促进气体混合。通过后置锥型板混合器的设计来提高气体分布均匀性。两个新型混合器组合构成混合腔。基于计算流体力学对传统结构、新结构及组合结构的单相流流场特性展开研究。通过对不同工况下的气流走向、速度分布均匀性、传热损失和背压的分析,验证新型结构设计的合理性,为后续的研究奠定基础。通过尿素液滴分布和载体前端氨气平均浓度来评估尾气处理系统内部尿素分解能力。进一步对氨气分布均匀性和氨气分布偏差率进行研究,分析尾气处理系统内的氨气分布情况。结合尿素分解能力和氨气分布情况来选择混合结构的最优设计方案。运用全工况氮氧化物净化试验和三大循环试验对所提出的最优方案进行评估。通过对仿真分析结果中液膜的厚度及分布来预测不同结构的结晶风险。基于低温结晶台架试验结果,构建液膜与结晶风险的关联性。为使尾气处理系统既可以提供足够尿素去除氮氧化物又可以有效避免结晶的产生,展开无结晶风险的临界尿素喷射量研究。针对不同工况,探讨了尿素的无结晶风险最大喷射量。本文通过仿真分析与试验验证相结合的方法,对混合结构的流场特性、尿素分解和氨气分布、结晶风险等内容展开研究。设计的新型混合腔结构具备优异的尿素分解、氨气均匀分布和低温抗结晶能力。该结构能提升柴油发动机尾气处理系统的氮氧化物净化能力,使其满足现有排放法规要求。该研究可以为各型号柴油机尾气处理系统的混合结构设计提供一定的指导借鉴。