随着排放法规的日益严格,选择性催化还原技术(SCR)已经成为满足国Ⅳ及以上法规的重要手段。目前普遍采用尿素水溶液为SCR系统提供还原剂,尿素水溶液喷入排气管后需经历一系列复杂的过程才能转化为氨气,这一转化过程将会对SCR系统性能产生重要影响。对SCR系统的还原剂添加过程进行深入研究,提高尿素向氨气的转化效率,降低结晶发生的可能性,具有重要的研究意义。本文将对Urea-SCR系统还原剂添加过程中尿素分解以及结晶等基础问题进行深入研究,对尿素水溶液蒸发、热解、碰壁、结晶等过程进行详细建模,并与排气流动相耦合,建立SCR系统气液两相流的准一维模型,最终实现对气相产物生成以及结晶成分、分布以及结晶量的预测。全文主要工作及结论如下：1)UWS喷雾单液滴的蒸发热解过程研究.对UWS喷雾单液滴的蒸发、热解、运动过程进行了建模,引入了一个与排气温度有关的系数对蒸发速率公式进行修正,用简化的直接分解模型来描述液滴中尿素的热解过程。计算结果表明：液滴初始直径和排气温度对液滴的蒸发时间和总时间影响非常大；热解过程相比于蒸发过程对温度更敏感,当温度较高时,蒸发过程是液滴消逝总时间的决定因素；实际SCR系统结构紧凑,UWS喷雾分解的时间和空间有限,液滴到达催化剂前很难完全分解,通过改变喷射方式,合理的组织喷雾碰壁,增加混合器,增强排气湍流等方式来加速液滴的分解是非常有必要的。2)SCR系统结晶成分分析及尿素热解化学反应动力学建模。在自主搭建的柴油机尾气热源模拟台架上进行了SCR系统的结晶试验,通过TG/DSC、DRIFTS、HPLC等手段对试验中生成的结晶成分进行分析,结果表明：排气温度为449K时生成的结晶基本为尿素,排气温度为504K和540K时结晶主要成分是缩二脲和三聚氰酸,HPLC分析表明,排气温度升高后结晶中三聚氰酸比例会增加。在此基础上,搭建了尿素热解的化学反应动力学模型,基于粒子群算法对反应动力学参数进行了优化,最后对尿素的结晶特性进行了仿真分析,结果表明：结晶成分与温度密切相关,随着温度的升高,结晶中三聚氰酸和三聚氰酸一酰胺的比例会增加；总体上,随着温度的升高以及时间的增加,结晶率呈下降趋势,650K以后尿素基本完全分解；升温速率增加会导致三聚氰酸的大量形成,从避免结晶的角度来说,减缓升温速率是较为有效的方法。3)SCR系统气液两相流准一维数学建模.对排气管内的气体流动、喷雾运动、液滴蒸发、尿素热解、喷雾碰壁、壁面传热、壁膜形成发展以及结晶等过程进行了详细建模,提出了一维壁膜的概念,考虑了喷雾和壁膜中尿素热解过程的差异,最终建立了SCR系统排气管内的气液两相流准一维模型,实现了对还原剂添加过程中气相产物生成以及结晶的计算。从气相产物、排气温度、结晶量、结晶位置、结晶成分等角度对模型进行了全面的验证,结果显示,模型具有一定的精度,很好的体现了各个影响因素对气相产物生成以及结晶的作用规律,对实际应用具有较大的参考价值。4)SCR系统还原剂添加过程准一维数值仿真.在上述模型基础上,对SCR系统排气管内的气相产物生成以及结晶过程进行了仿真计算。气相产物生成分析结果表明：UWS喷射速率对尿素分解效率影响不大；总体上液滴初始直径的减小能够促进尿素的分解,当粒径在50-700m范围时尿素分解效率均较高；对于径向喷射的喷嘴,提高液滴初始速度能够促进尿素分解,喷射方向上,径向和逆向喷射是较优的喷射方式；排气管直径的增大能够显著提高尿素分解效率,降低压力损失。结晶影响因素分析结果表明：温度是影响SCR系统结晶的最关键因素,会对系统结晶量和结晶成分产生重要影响；环境温度对结晶量影响效果不明显,在排气管上增加隔热保温措施,降低表面传热系数,是减少和避免SCR系统结晶的有效方法；UWS喷射速率的增大会显著增加结晶量,但是其对结晶成分影响不大；喷雾初始特性方面,SCR系统排气管上的结晶主要是由粒径较大的液滴导致的,通过优化UWS喷射系统,减小大粒径液滴额比例,可以有效的避免结晶发生,而液滴初始径向速度对结晶量影响不大；排气流量的增大能够减小壁膜范围和壁膜厚度,降低结晶量,对结晶成分影响的作用不大。