教程其他也可参考差别不大排气后处理

GT-SUITE的尾气后处理模拟所属：GT-Team尾气后处理培训内容GT-Power燃烧产物简介柴油机微粒捕集器模拟化学反应动力学介绍尾气后处理培训内容GT-Power燃烧模拟产物的简介默认计算排放产物可供选择的尾气产物模式额外增加的排放产生模式如何获得排气产物的结果数据柴油机微粒捕集器模拟化学反应动力学介绍任意的低热值为0的基本组份任意低热值大于0的基本组份GT-POWER

燃烧模型CO2

H2ON2

O2CO

H2H

OOH

NO“燃料”“未燃烧的非燃料物质”N“燃烧产物”GT-Power默认的排放产物备选的尾气排放模型NOx:Zeldovich生成机理(‘EngCylNox’)CO

:默认的当量计算;备选的简化化学反应动力学模型(‘EngCylCO’)Soot:在DIJET燃烧模型中进行定性模拟(‘EngCylCombDIJet’)HC

:是燃烧效率的函数;可以考虑狭隙效应(‘EngCylHC’)用户子程序:用户可以自己编写独特的燃烧/排放子程序气缸内引入尾气排放生成特性通过指针变量：EngCylEmisMaps覆盖气缸内默认的排放模型最多引入5种污染物，每种污染物可以定义为2-５个变量的函数被‘EngCylinder’引用如：soot可以输入为负荷和转速的函数如在平均值气缸模型中可定义为平均值模型发动机排气组份的获取利用SpeciesSampler模板会自动产生一个*.gtm文件，里面包括了如下的指针变量，包含的信息有：各组份浓度温度压力质量流量只需要用一简单的传感器连接产生的结果可以作为输入边界条件GT-Power

尾气排放模型参见GT-POWER例子：Emissions.gtm定义speciessampler使之与想要获取尾气组分的部件相连注意连接端口号１５代表获取是摩尔质量比

１３代表获取的质量流量比经过计算得到打开此文件ＥndＦlowinｌｅｔＳpecies（质量流量为输入边界和ＥndＥnvＳpecies（压力为输入边界）包括所有１１种燃烧产物和燃烧物ＥndＥnvＳpecies是以压力为边界ＥngＣylＥmisＭaps的用法（在气缸部件中定义）定义排放产物no,soot定义按某种工况变化燃烧产物质量尾气后处理培训内容GT-Power燃烧模拟产物的简介柴油机微粒捕集器（DPF）模拟DPF模拟简介压降模拟压降修正Soot再生模拟

Soot再生修正化学反应动力学介绍DPF模拟简介可以进行模拟的内容：干净或挂烟过滤体的压降过滤模拟再生模拟方式的选择:集总参数模拟：多层过滤模型

一维模拟：多层过滤模型和轴向离散模拟单独模拟（计算效率）作为子系统进行模拟Schematic

of

PressureDropSoot

Deposit Inlet

ChannelWall∆P1

∆P2

Plug∆P3

Wall∆P4∆P5

∆P6Outlet

Channel∆Ptotal

=

∆P1

+

∆P2

+

∆P3

+

∆P4

+

∆P5

+

∆P6∆P1∆P2∆P3∆P4∆P5∆P6PlugWallInlet

ChannelWallSoot

DepositSchematic

of

PressureDropDPF压力降模拟Outlet

Channel∆Ptotal

=

∆P1

+

∆P2

+

∆P3

+

∆P4

+

∆P5

+

∆P6Where:∆P1

=

pressure

drop

due

to

contraction∆P2

=

pressuredrop

due

to

friction

in

inlet

channel∆P3

=

pressure

drop

due

to

through

soot

cake

layer∆P4

=

pressuredrop

due

to

through

filter

wall∆P5

=

pressuredrop

due

to

friction

in

outlet

channel∆P6

=

pressure

drop

due

to

expansionSchematic

of

Pressure

DropSoot

Deposit Inlet

ChannelWall∆P1

∆P2

Plug∆P3

Wall∆P4∆P5

∆P6Outlet

Channel∆Ptotal

=

∆P1

+

∆P2

+

∆P3

+

∆P4

+

∆P5

+

∆P6∆P1∆P2∆P3∆P4∆P5∆P6Inlet

ChannelWallPlugWallOutlet

Channel∆Ptotal

=

∆P1

+

∆P2

+

∆P3

+

∆P4

+

∆P5

+

∆P6Schematic

of

Pressure

DropSoot

Deposit∆P2

+

∆P5

=(α

+

w)μQ2Vtrap4FL23ws(α

–

2w

)4ln+1α4DPF压力降模拟通道:收缩:膨胀:∆P1

=由GT-Power的连接端口自动计算;而不是由DPF

模型处理∆P6

=由GT-Power的连接口自动计算;而不用DPF模型处理4∆P

=μ

uww(i)sk

(i)+bw

ρuw2wSDPF压力降模拟1∆P3

=

μ

uw

(α

–

2ws)2kpslnα

–

2w+

bs

ρ

uw2

wsSoot

Layer:Wall

Section:Schematic

of

Pressure

DropSoot

Deposit InletChannelWall∆P1

∆P2

Plug∆P3

Wall∆P4∆P5

∆P6Outlet

Channel∆Ptotal

=

∆P1

+

∆P2

+

∆P3

+

∆P4

+

∆P5

+

∆P6∆P1∆P2∆P3∆P4∆P5∆P6WallInletChannelWallPlugSchematic

of

Pressure

DropSoot

DepositOutlet

Channel∆Ptotal

=

∆P1

+

∆P2

+

∆P3

+

∆P4

+

∆P5

+

∆P6通过多孔介质的ΔP=DP_Darcy+DP_

Forchheimer= “linear”

+“quadratic”wNote: uw

=

velocitybs,w=

Forchheimer

Constantks =

wall

permeabilitykp =

particulate

permeabilityDPF压力降模拟陶瓷里层过滤的理论是均匀球状捕积器和布郞扩散运动每一壁厚的渗透性和捕集效率都可以根据所处位置的孔隙率和捕集直径等信息来进行计算References:

(1)

SAE

No.

2005-01-0946;

(2)SAE

No.

2002-01-1015;(3)

Env.Sci.Tech.,

1979,13,466-470Filtration

Modelmin,11

mc,1

=

E1

x

min,1min,2

=

min,1

–

mc,12

mc,2

=

E2

x

min,2min,3

=

min,2

–

mc,2•••n-1

mc,n-1

=

En-1

x

min,n-1min,n

=

min,n-1

–

mc,n-1n

mc,n

=

En

x

min,nmin,1

=

min,n

–

mc,nmin,2

=

min,1

–

mc,1min,3

=

min,2

–

mc,2min,n

=

min,n-1

–

mc,n-1Filtration

ModelDeep

Bed

Filtration

Modelmin,11

mc,1

=

E1

x

min,1min,2

=

min,1

–

mc,12

mc,2

=

E2

x

min,2min,3

=

min,2

–

mc,2•n-1

mc,n-1

=

En-1

x

min,n-1min,n

=

min,n-1

–

mc,n-1n

mc,n

=

En

x

min,nmin,1

=

min,n

–

mc,n陶瓷壁厚度管长压降修正1.

对于“干净”DPF的压降进行修正，调整参数：'CleanFilter

Wall

Permeability'4∆P

=μ

uww(i)sk

(i)+b

ρ

uw2wS压降修正1.如果压降vs.流量呈二次关系利用:‘Forchheimer

Constant‘进行修正4∆P

=μ

uww(i)sk

(i)+b

ρ

uw2wSDPF压降修正－如何修正“干净”DPF的压降打开GT-POWER例子：DPF_Clean.gtm设定输入部件定义不同的质量流量定义干净的ＤＰＦ设定修正系数“渗透率”Case设置通过计算得到试验修正，选择合适的渗透率DPF压降修正DBF

=

Deep

Bed

FiltrationSCL

=

Soot

Cake

Loading“SCL”“DBF”2.过滤加载DPF

压降修正2.过滤加载–过滤常数无量纲数ψ

(0<ψ<1)实验参数决定推荐值大小：0.80~0.95取决于分配系数ФWhere:dc,1

=

loaded

filter

“unit

collector”

diameter

of

slab

1dc,0

=

clean

filter

“unit

collector”

diameterb =

clean

filter

unit

cell

diameter(b

=

dc0

/

(1

-ε0)1/3)Partition

coefficientФ

determines

amount

of

soot

that

will

build

up

assoot

cake

during

initial

loading.F

=

222c0c0c,12

-

d

d(yb)

-

dDPF压力修正过滤加载–通过性Loaded

Filter

Wall

and

Soot

Cake

Layer直接输入或预测（推荐）自动动态计算Clean

FilterPermeabilityLoaded

FilterPermeabilityDPF压力修正过滤加载–存积密度壁内微粒存积密度碳烟层微粒存积密度壁内存积密度碳烟层存积密度DPF压降修正2.过滤加载–捕积效率直接输入–由供应商提供预测，应用：孔隙率、微孔直径、Soot直径、流体粘度min,11

mc,1

=

E1

x

min,1min,2

=

min,1

–

mc,12

mc,2

=

E2

x

min,2min,3

=

min,2

–

mc,2•••n-1

mc,n-1

=

En-1

x

min,n-1min,n

=

min,n-1

–

mc,n-1n

mc,n

=

En

x

min,nmin,1

=

min,n

–

mc,nmin,1mc,1

=

E1

x

min,1mc,2

=

E2

x

min,2mc,n-1

=

En-1

x

min,n-1mc,n

=

En

x

min,nmin,2

=

min,1

–

mc,1min,2

=

min,1

–

mc,1min,3

=

min,2

–

mc,2min,n

=

min,n-1

–

mc,n-1min,n

=

min,n-1

–

mc,n-1min,1

=

min,n

–

mc,n12n-1nmin,3

=

min,2

–

mc,2•Substrate

Wall

ThicknessDPF

压降修正打开GT-POWER例子：DPF_Loading.gtm查看DPF过滤加载模拟在ＤＰＦ中定义过滤加载模型输入捕集率，微粒直径等参数其他设置保持默认过滤常数颗粒直径渗透率集总参数模型气相、固相温度相同各处壁面气流分配流速一致计算效率高一维模型轴向温度和压力分布有差异非均匀的气流速度更详细的信息Ts(a)P,

T,

yP,

T,

yTsTs(z),

ρs(z),

ys(z)(b)P1(z),

T1(z),

y1(z)Ts(z),

ρs(z),

ys(z)P2(z),

T2(z),

y2(z)Soot再生模拟集总模型:系统方程-

ET

K

=

A yo

Te

Tthm

T

2

-

T

EC

Kcat=

AC

yo2Te进行下面的控制方程求解:气相质量守恒气相能量守恒PM

质量方程过滤介质能量守恒Soot氧化反应：R1:

C(s)

+

(1

-

fCO/2)O2

→fCOCO

+

(1

-

fCO)CO2

(thermal

rxn)R2:

C(s)

+

(1

-

fCO/2)O2

→fCOCO

+

(1

-

fCO)CO2

(catalyticrxn)Where

fCO

=

CO

selectivity

and

rxn

rates

defined

by:Solutions

are

carried

out

by

a

built-in

ODE

integrator.References:

SAE

No.

2003-01-0842

(Michigan

Technological

University)集总模型:信号输出TwDepositx

Substratezz+∆zInletOutletwwsWall1ρw1,uw1

1-2

ρw1-2,uw1-22ρ

,uw2

w2D2D1D1≠D2=Du1,ρ1,T1,P1u

,ρ

,T

,P2

2

2

2zChannel

Length,

LDepositw一维DPF的详细模型示意图Soot

layer

thickness,

wWall

thickness,

wsChannelWidth,

DxwwsD∆zD-2w∆x11-22过滤孔的侧视图和壁面的放大图一维轴向离散模型一维模型:系统方程流体方程的求解发：质量守恒动量守恒能量守恒压力损失一维模型增加的求解：壁面流速密度能量平衡Soot

氧化反应热释放率过滤体固相和残留soot质量方程：滤体温度Soot质量References:

(1)

SAE

No.

2005-01-0949;

(2)

SAE

No.

2006-01-0467;(3)

SAE

No.2003-01-0841(4)

Combust.

Sci.

and

Tech,2000,153,325;

(5)

Chem.

Eng.

Sci.,1984,39,1233一维模型:系统方程Soot

氧化反应:R1:

C(s)

+

(1

-

fCO/2)O2

→fCOCO

+

(1

-

fCO)CO2

(thermal

rxn)R2:

C(s)

+

(1

-

fCO/2)O2

→fCOCO

+

(1

-

fCO)CO2

(catalyticrxn)R3:

C(s)

+

NO2

→

CO

+

NO

(catalytic

rxn)R4:

NO

+

0.5O2

↔

NO2

(catalytic

rxn)-

E

T

K

=

A

yo

Te

Tthm

T

2

T

E

cat-

C

K

=

A yo

TeC

2203R

3rTYNO

-ER

3

=

A

eO2MMC=

-(Kthm

+

Kcat

)S

p

rwYO2+2r1-

20.504K

(T

)

=

A

ereqcNO2

cNO

cOTR

4

-ER

4

多层的一维再生模拟允许不同层的化学反应动力学过程Exhaust

wall

flowThermal

layerCatalytic

layerSubstrate

layer一维模型:信号输出一维模型:信号输出Soot再生修正再生修正系数:活化能频率因子CO

的选择因子DPF

DimensionsValuesTrap

Diameter

(mm)229Channel

Length

(mm)305Channel

Width

(mm)1.5Wall

Thickness0.31Number

of

Inlet

Channels6013Wall

Porosity0.48Pore

Diameter

(mm)0.0125Bulk

Density

(kg/m3)1400Specific

Heat

(J/kg-K)1120DPF再生修正3.再生修正:活化能Soot开始氧化所需的能量对热和催化效率都有影响K

=

reaction

rateE

=

activation

energyA

=

frequency

factorY =

concentration

of

0202T

=

substrate

temperature

-

T

EK

=

A

y

Teo2DPF再生修正3.再生修正:频率因子

决定反应发生的速度对热和催化反应速度都有影响K

=

reaction

rateE

=

activation

energyA

=

frequency

factorY =

concentration

of

0202T

=

substrate

temperature

-

T

EK

=

A

yo

Te2DPF再生修正3.再生修正:CO选择因子决定了Soot氧化时CO和CO2

的浓度C

+

(1

-

fCO/2)

O2

=>fCO

CO+

(1

-

fCO)

CO2Value fCO

ranging

from

0

–

1CO

Selectivity

=

1

(all

CO,

results

in

lower

heat

release)CO

Selectivity

=

0

(all

CO2,

results

in

higher

heat

release)DPF再生修正打开GT-POWER例子：DPF_Regeneration.gtm查看DPF再生与加载模型的区别在于增加一个再生模型定义外部热交换系数、温度场求解方法定义各反应层的系数包括活化温度，co选择因子，频率因子等活化温度Co选择因子DPF

修正总结“干净”DPF压降的修正，根据测量数据：压降vs.流量：‘干净过滤体壁面通过性’(线性影响)‘Forchheimer常数’(二次关系–可选)DPF的过滤加载修正：通过性：(1)过滤壁层,(2)soot层捕积效率:(1)输入,(2)预测存积密度:(1)过滤体壁,(2)soot层再生修正:活化能频率因子CO选择性因子DPF模拟小提示集总模型vs.一维模型：对于系统级的模拟，DPF选择集总模型较合适，因为有较好的计算速度和鲁棒性。如果参与者对于DPF有相当的知识背景，可以选择一维模型去研究更多的细节问题.Fundamentally集总模型和一维模型采用两种不同的求解机理。所以两者计算不同完全一致。压降:输入的通过性因子和Forchheimer常数必须在合理的范围内，以防止出现不合实际的压降出现GTv7.0版本中DPF的发展在DPF再生的零维模型中加入NOx

反应模拟允许用自己定义DPF中的化学反应动力学GaseousReactionsGlobalReactionsSurfaceReactions把DPF模板嵌入到GEM-3D中鲁棒性更强灰份的过滤考虑DPF径向特性差异模拟通道理论演示RRzMetal

canInsulationSubstrateT¥,

h¥Exh.

flowTs(z),

ρs(z),

ys(z)Ts(z),

ρs(z),

ys(z)P2(z),

T2(z),

y2(z)zP1(z),

T1(z),

y1(z)2D3DAxialRadial典型瞬态2D结果暖车再生典型瞬态的3D结果SolidTemperatureLoading

Desn固体温度负载密度非均匀流动分布假想的入口质量流量分布(A)(B)几何布置(A)(B)110s时负载密度

(g/L)非均匀入口质量流量分布3D

仿真结果用户输入方程定义DPF再生-GlobalReactions将与DPF连接，实现DPF中所有化学反应d2d1in

out非均匀（对称）通道的DPF入流直径D1>出口直径D2D1D20312150369121518Experiment,

d

/d

=

1.41

2Prediction,

d

/d

=

1.41

2Experiment,

d

/d

=

1.21

2Prediction,

d

/d

=

1.21

21

2Experiment,

d

/d

=

1.01

2Prediction,

d

/d

=

1.0Pressure

Drop

(kPa)6

9Flow

Rate

(m/sec)Symbols:

measurementsas

in

SAE

2004–01–0949Lines:

predictions.非均匀（对称）通道的DPF12890010987654321d

/d

=

1.21

2d

/d

=

1.11

2d

/d

=

1.01

23

4

5

6

7Loading

Density

(g/L)Pressure

Drop

(kPa)灰份过滤模拟Out

chan.

width,

D2Inlet

chan.

width,

D1Soot

layer

thickness,

wsootAsh

layer

thickness,

washWall

layer

thickness,

wsubFilter

length,

LEffective

filter

length,

LeffAsh

plug

length,

LashWall

plug

length,

Lplug灰份过滤Symbols:

measurementsas

in

SAE

2004–01–0949Lines:

predictions.后处理模拟GT-Power燃烧产物简介柴油机微粒捕集器模拟化学反应动力性模拟基本的化学反应动力学简介化学反应应用的模板GaseousReactionsGlobalReactionsSurfaceReactions在反应器和催化反应装置上的应用反学反应的主要特性可能求解多种的化学反应动力学问题便捷的模板设计功能，可以应用到模拟各种催化转化装置(DOC,

SCR,

LNT

etc.)不需要用户自己编写相关的子程序反应参数可以用自带的工具进行修正确认(i.e.

DoE)

可以单独模拟催化装置，也可把催化装置作为一个部份加入到系统级的模型中(engine+Aftertreatment+vehicle)与GT-POWER的整合不需要额外的费用，也不需要其它的第三方软件支持基本动力学速率方程阿列纽斯（Arrhenius）方程正向和反向反应速度基于压力的反应常数Third-body

reactionsLow

pressure

limitTroe

falloffSRI

falloff吸附/释放反应模拟传质和微孔扩散反应朗谬尔－欣谢伍德阻聚反应覆盖和存储反应GaseousReactionsGlobalReactionsSurfaceReactions基本反应动力学:反应速度和阿列纽斯方程指定的基元反应方程：aA+bB=>cC+dD反应速率由下左图来决定是浓度和常数的函数基本反应动力学:可逆反应和不可逆反应Some标准Arrhenius方程：k=A

Tb

exp(-E/RT)-简单压力模型也可以应用于GaseousReaction模板中:k=

A

Tb

Pc

exp(-E/RT)单位：采用c.g.s单位,A

单位是：mole-cm-sec-k和E单位Kcal/Kmole反应方向:-单一正向(=>),e.g.CO+0.5O2

=>CO2-单一逆向(<=),e.g.CO2

<=CO+0.5O2-可逆反应(=or<=>),e.g.CO+0.5O2

<=>CO2基本反应动力学:逆向反应速率计算生成速率:KKk

fk

r''

k

,

i

kk

=1'

k

,

i

kk

=1u

xu

xaA

+

bB

<=>

cC

+

dD通用反应形式:KkK[x

][x

]k

=1k

=1=

k

f

,i

k

-

kr

,iv

'''k

,iv

''k

,iri在给定的正向速率参数：kf

=A

Tb

exp(-E/RT)热力学等效常数:KP

=

exp(-∆G/RT)此处：∆G=∆H-最终逆向速率常数：kr

=

kf

/

KP气相反应模板打开GT-POWER例子：A1.gtm－查看气相反应定义输入条件即输入气体的组分定义化学反应：只要化学反应模板与管路或容积连接则此管路或容积即成为化学反应容器定义反应方程和反应速率反应过程中温度的变化基本化学反应动力学:基于压力的Rxn.已燃区域的化学反应动力学13

组份和34种基元反应KKk

f'''

k

,i

k

k

,i

kk

=1

kr

k

=1u

xu

x第三体反应速率：通用反应：KK

Ki

ki

k[x

]

-

k

[x

]r,i

kk

=1f

,i

k

k

=1

k

=1v'''k

,iv

''k

,ir

=

(a

[x

])

k温度和组份的输运T0

=

1000

K,

H2/CO/O2

=

1/7/24

(vol.)Example

located

at:GTIHOME/examples\GTpower\Chemistry\GasReaction\GasReaction.gtm压力相关反应e.g.:

H

+

O2

+

M

<=>

HO2

+

Mwhere:

H2O/21/CO2/5/H2/3.3/CO/2/更复杂：低压限制;Troe

falloff;SRIfalloff.More

info.

at:气相反应模板:高级特性设置可逆和不可逆反应通用的Arrhenius方程(A*f(T)*g(P)*Exp(-Ea/RT)基于压力的反应反应方程可以直接输入到模板或者由文件输入(必须是能被

CHEMKIN接受的格式)产生满足FpropNASA的气体属性的方法：由GT-Power数据库导入Create

through

open

source

at:Input

from

thermal

file

by

KinAction

option

(available

in

v62

build5)打开GT-POWER例子：DifferentInputs.gtm此例子描述３个不同输入条件下的等容积的H2/CO/O2燃烧反应Ａ输入条件为标准速率方程的气相反应输入基于压力的化学反应动力学方程反应速率：正向、逆向反应容器为一普通管路结构Ｂ输入为通用的速率气相反应其中solver

options,ｒｅａｃｔｉｏｎs属性页属性不变反应速率：正向、逆向反应F(p)g(Ｔ)Ｃ输入边界为文本文件（ｃｈａｍｋｉｎ文件）此文件包含了一切反应方程，反应速率等参数文件格式如同gt中设置其他属性页设置反应速率：结果：反应温度变化基本化学反应动力学速率方程阿列纽斯（Arrhenius）方程正向和反向反应速度基于压力的反应常数Third-body

reactionsLow

pressure

limitTroe

falloffSRI

falloff吸附/释放反应模拟传质和微孔扩散反应朗谬尔－欣谢伍德阻聚反应覆盖和存储反应催化反应催化反应基础反应机理由以下几步组成:参与反应的组份转移到催化装置的表面上;进行微孔扩散反应;分子吸附到反应区域；在活化的分子之间产生相互反应；释放产物，并生成气态；从涂层通过微孔扩散到流体边界上；各组份从新回到主流体中去。Langmuir-Hinshelwood

(L-H)

type

inhibition

expressionsaccounting

for

absorption/desorption

and

pore

diffusions全局反应机理A

A*

ProductCoverage

=

θ

є

{0,1}rabsrdes~

(1-

θ){A}~

θ,

At

equilibrium

rabs

=

rdesa(1-

θ){A}

=

θ

where

‘a’

is

the

proportionality

constantθ

=

a{A}/(1+a{A})A

ProductRate

=

k

θ

=

ka{A}/(1+a{A})RateConcentrationRate

~

ka{A}全局反应机理(cont’)A

A*

,

B

B*, A*

+

B*

ABr1,absr1,des~

(1-

θ1-

θ2){A}~θ1r2,abs

~

(1-

θ1-

θ2){B}r2,des~θ2θ1

=a*{A}/(1+a*{A}+b*{B})θ2

=b*{B}/(1+a*{A}+b*{B})A

+

B

AB

(global

reaction)Rate

=

k*θ1*θ2

=

k*a*{A}*b*{B}

/(1+a*{A}+b*{B})^2=

k*a*{A}*b*{B}/

GWhere

G

=

(1+a*{A}+b*{B})^2Langmuir-Hinshelwood

Inhibition

Function全局反应CO222xCO

+CxHy

+y4x

+NO2NO

+

1

O2

2NO2NO

+O2O2也称为容积式反应从1970s,以来广泛用于排气后处理的模拟

121

H

O22CO

+

1

O2全局反应(cont’)A1exp(_)[CO][O2]E1RTsG2r1

=A2exp(_)[CxHy][O2]

E

2RTsG1G32r

=A3exp(_)[NO][O2]E3RTsG43r

=A4exp(_)[NO2]

E

4RTsG44r

=WhereG1

=

Ts(1+Ka1[CO]+Ka2[HC])2

•

(Ts(1+Ka3[CO]2[HC]2)

•

(1+Ka4[NO]0.7)G2

=

Ts(1+Ka5[CO]+Ka6[HC])2

•

(Ts(1+Ka7[CO]2[HC]2)

•

(1+Ka8[NO]0.7)G3

=

Ts(1+Ka9[O2])1.5G4

=

Ts(1+Ka10[CO]+Ka11[HC])2

•

(Ts(1+Ka12[CO]2[HC]2)

•

(1+Ka13[NO]0.7)Langmuir-Hinshelwood

Inhibition

Factors全局反应模板全局反应机理任意的反应阶次和集中体现通用的阻聚反应函数，包括：Langmuir和Hinshelwood的形式支持多种形式的反应速率定义质量输送在表面上的变化催化反应模板设计扩散vs反应控制有三种选择方案(全局反应和表面化学反应)：反应/动力学控制(i.e.无扩散效应)；质量输运/扩散控制(i.e.准稳态模拟);介于以上两者之间(i.e.瞬态模拟)从模拟角度来看，它们的区别：Case

1No

diffusionCase

2quasi-steadyCase

3TransientODE

systemLess

CPU

demandNumericallymore

stableOnly

gas

speciessolvedDAE

systemMore

CPU

demandNumerically

more

challengingBoth

gas

and

surfacespecies

solvedODE

systemBetween

Case

1

and

2Numericallymore

stableBoth

gas

and

surfacespecies

solved扩散vs反应控制(Cont’)从模拟的角度控制方程的差别：Case

1无扩散反应Case

2准稳态模拟Case

3瞬态模拟dC

g

dtg=

–

F(C

,T)dCgdt=

–

k(Cg

–

Cs)dCgs=

–

k(C –

C

)0 =

k(Cg

–

Cs)

-

F(Cs,T,

θ)

g

dtdCsdt=

k(Cg–

Cs)

-

F(Cs,T,

θ)选择性还原催化(SCR)还原NOx为N2HC的SCR利用HC作为还原剂[HC]

+

[NOx]

->

N2

+

CO2

+

H2O低效转化NOx更有前景的是利用氨水作为还原剂4NH3

+

4NO

+

O2

->

4N2

+

6H2O2NH3

+

NO

+

NO2

->

2N2

+

3H2O(Standard)(Fast)8NH3

+

6NO2

->

7N2

+

12H2O

(Slow)氨水来源于水解尿素NH2C-(O)-NH2

+

H2O

->

2NH3

+

CO2全局反应模板打开GT-POWER例子：pleted.gtm输入边界－可用ＳpeciesＳampler从详细的发动机模型中采集尾气组分(本例是个稳态问题求解)随时间变化的尾气组分氨气ＮＨ３喷入器氨气控制氨气喷入速率全局反应ＳＣＲ（稳态计算不考虑扩散反应）定义化学反应方程中各组分的物理属性求解方法反应方程、速率、ＬＨ方程通过监控，查看ＳＣＲ反应后各组分的含量并得到ＮＯx降低百分比计算过程中监控窗口可看出在一定的ＮＨ３的喷射率下，进口和出口中ＮＯx含量的变化SCR反应机理R1:4NH3

+

4NO

+

O2=>4N2+6H2OR2:4NH3

+

2NO

+

2NO2=>4N2+6H2OR3:8NH3

+

6NO2=>7N2+12H2OR4:4NH3

+

3O2=>2N2+6H2OSCR反应机理SCR反应机理=(1+a1)/a1=(1+a2)/a2=(1+a3)/a3全局反应模板打开GT-POWER例子：SCR_with_urea_controls.gtm与上个例子中相比，此例利用尿素的水解反应产生ＮＨ３进行ＳＣＲ还原反应，其中尿素和水的比例通过出口出ＮＨ３和ＮＯｘ含量控制最佳比值输入条件与上例一样，尿素和水的喷射控制尿素水解气相反应求解、化学反应方程设置反应速率设定ＳＣＲ反应设置与上例一致控制最佳尿素和水的比例使得ＮＯｘ含量最低，ＮＨ３含量满足<２５ppm计算过程中ＮＯx,ＮＨ３含量的变化全局反应模板应用于:三元催化器（TWC）CO气化：CO

+

0.5O2

=>

CO2HC(未燃和部份燃烧的)氧化：CH4

+

2O2

=>

CO2

+

2H2OC3H6

+

4.5O2

=>

3CO2

+

3H2OC3H8

+

5O2

=>

3CO2

+

4H2ONO氧化：CO

+

NO

=>

CO2

+

0.5N2NO

+

0.5O2

=>

NO2NO2

=>

NO

+

0.5O2H2O生成：H2

+

0.5O2