一种后NOx传感器取气管评价方法、系统及设备与流程

本发明涉及nox检测，更具体地说，它涉及一种后nox传感器取气管评价方法、系统、设备及存储介质。

背景技术：

1、在柴油机尾气后处理系统中，scr（选择性催化还原,selective catalyticreduction）催化器负责净化发动机有害排放物nox。在scr催化器中，含nox废气与其还原剂nh3的混合气在催化剂作用下发生反应产生n2和h2o，达到去除nox的目的。

2、为满足国六柴油机排放控制要求，scr控制技术路线为：在尾气后处理系统的进出口位置各安装一个测量nox的传感器，其中，进口nox传感器测量发动机本体排出来的nox，软件算法通过此测量值计算出满足排放要求的尿素喷射量；后nox传感器测量经过scr催化器净化后残余的nox，如出现不达标的情况即进行车载诊断警报，提醒司机该车辆需要进行维修检查。

3、目前，国六柴油机后处理系统后nox传感器通常安装于asc（氨逃逸催化器，ammonia slip catalyst）催化单元下游的出气端锥上。该传感器取气位置固定、取气范围小，测量的nox浓度值与asc催化单元下游nox平均值存在差异，可能导致车载诊断系统对催化器净化效果的误判。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本发明的目的一是提供一种后nox传感器取气管评价方法，用于支撑国六柴油机后处理系统后nox传感器取气管设计，进而提高后nox传感器测量精度。

2、本发明的目的二是提供一种后nox传感器取气管评价系统。

3、本发明的目的三是提供一种计算机设备。

4、为了实现上述目的一，本发明提供一种后nox传感器取气管评价方法，包括以下步骤：

5、步骤1.对整个后处理系统建模得到系统模型，所述系统模型包含后处理系统封装筒体、doc催化单元、dpf催化单元、scr催化单元、asc催化单元、尿素水溶液喷嘴、混合器、后nox传感器；对所述后处理系统进行三维cfd仿真；

6、步骤2.选取所述asc催化单元的出口端面及其下游的管路进行建模得到出气端锥模型，所述出气端锥模型包括所述asc催化单元出口下游的尾管、端锥、取气管、后nox传感器，所述出气端锥模型的入口边界为所述asc催化单元的出口端面，入口的仿真边界条件来自所述后处理系统的仿真结果；对所述出气端锥进行三维cfd仿真；

7、步骤3.对所述出气端锥模型的仿真结果进行处理，分别根据后nox传感器的尖端平均速度与截面平均速度的比值、后nox传感器的尖端passive scalar质量占比、取气管各入口孔的流量占比，以及后nox传感器的尖端平均nh3+hnco质量分数与截面平均nh3+hnco质量分数的偏差或后nox传感器的尖端平均nox质量分数与截面平均nox质量分数的偏差对所述取气管的设计进行评价。

8、作为进一步地改进，在步骤1中，计算的工况参数包括排气流量、排气温度、尿素水溶液喷射流量、原排气体组分及其质量分数、后处理系统出口压力；

9、所述系统模型的原排气体可设置为空气，组分包含o2和n2；或者，所述系统模型的原排气体组分及其质量分数可根据计算工况下的实际组分进行设置，组分包括co2、h2o、o2、n2和nox；

10、仿真计算包括尿素水溶液的喷射、蒸发、撞壁的物理现象，以及尿素的热解和水解反应；或者，仿真计算包括尿素水溶液的喷射、蒸发、撞壁的物理现象，以及尿素的热解和水解反应、所述scr催化单元内的nox还原反应；

11、对所述后处理系统进行仿真计算并输出所述asc催化单元的出口端面上的坐标以及对应的速度、温度、气体组分及其质量分数；或者，对所述后处理系统进行仿真计算并输出所述asc催化单元的出口端面上的坐标以及对应的速度、温度、湍动能和耗散率、气体组分及其质量分数。

12、进一步地，在步骤2中，对所述出气端锥模型的入口边界圆面从周向和径向划分成若干区域；

13、各所述区域的面积相等；

14、对所述入口边界圆面载入所述asc催化单元的出口端面上输出的速度、温度、气体组分及其质量分数；或者，对所述入口边界圆面载入所述asc催化单元的出口端面上输出的速度、温度、湍动能和耗散率、气体组分及其质量分数；

15、对所述若干区域分别设置不同的passive scalar，质量分数值均设置为1；

16、在所述取气管的各个入口孔设置流通的交界面，用于提取各入口孔的流量。

17、进一步地，在步骤3中，提取所述后nox传感器的尖端处一个空间范围内的所有网格区域的平均nh3+hnco质量分数；同时，提取过所述后nox传感器的尖端、并垂直于所述出气端锥模型的入口边界圆面轴线方向的截面的平均nh3+hnco质量分数；计算得到所述后nox传感器（6）的尖端平均nh3+hnco质量分数与截面平均nh3+hnco质量分数的偏差，偏差值越小，所述取气管与端锥以及所述混合器的匹配越合理；

18、

19、其中，为所述后nox传感器的尖端平均nh3+hnco质量分数与截面平均nh3+hnco质量分数的偏差，为过后nox传感器的尖端、并垂直于所述出气端锥模型的入口边界圆面轴线方向的截面上的nh3+hnco浓度平均值，为后nox传感器的尖端处一个空间范围内的nh3+hnco浓度平均值。

20、进一步地，在步骤3中，当所述asc催化单元的出口端面上输出的气体组分包含nox时，提取所述后nox传感器的尖端处一个空间范围内的所有网格区域的平均nox质量分数；同时，提取过所述后nox传感器的尖端、并垂直于所述出气端锥模型的入口边界圆面轴线方向的截面的平均nox质量分数；计算得到所述后nox传感器的尖端平均nox质量分数与截面平均nox质量分数的偏差，偏差越小，所述取气管与出气端锥及所述混合器的匹配越合理；

21、

22、其中，为所述后nox传感器的尖端平均nox质量分数与截面平均nox质量分数的偏差，为过后nox传感器的尖端，并垂直于所述出气端锥模型的入口边界圆面轴线方向的截面上的nox浓度平均值，为后nox传感器的尖端处一个空间范围内的nox浓度平均值。

23、进一步地，在步骤3中，提取所述后nox传感器的尖端处一个空间范围内的所有网格区域的平均速度；同时，提取过所述后nox传感器的尖端、并垂直于所述出气端锥模型的入口边界圆面轴线方向的截面的平均速度；计算得到所述后nox传感器的尖端平均速度与截面平均速度的比值，比值越大，后nox传感器的敏感性越高、所述取气管与出气端锥以及所述混合器的匹配越合理；

24、

25、其中，为所述后nox传感器（6）的尖端平均速度与截面平均速度的比值，为过后nox传感器（6）的尖端、并垂直于所述出气端锥模型的入口边界圆面轴线方向的截面上的速度平均值，为后nox传感器（6）的尖端处一个空间范围内的速度平均值。

26、进一步地，在步骤3中，提取所述后nox传感器的尖端处一个空间范围内的所有网格区域内的不同passive scalar的质量以及所有passive scalar的总质量，计算各passive scalar质量在passive scalar总质量中的占比，得到所述后nox传感器的尖端passive scalar质量占比；各passive scalar质量在passive scalar总质量中的占比越相近，所述取气管的设计越合理，可以对所述asc催化单元出口端面上的气体进行均衡取气；

27、

28、其中，为各后nox传感器的尖端处一个空间范围内passive scalar质量在passive scalar总质量中的占比，为后nox传感器的尖端处一个空间范围内第

i个passive scalar的质量，为后nox传感器的尖端处一个空间范围内的passivescalar总质量，

i≤n，n为passive scalar总数。

29、进一步地，在步骤3中，提取所述取气管各入口孔沿孔轴线方向的进气质量流量，各入口孔的进气质量流量除以所有入口孔的总进气质量流量，得到所述取气管各入口孔的流量占比，用于衡量各入口孔的气体流通能力，各入口孔流量占比越接近，所述取气管的设计越合理，各孔气体流通能力较为均衡；

30、其中，为各入口孔流量占比，为所述取气管（3）第

j个入口孔（5）的质量流量，为所有入口孔（5）的质量流量之和，

j≤m，m为所述取气管（3）的入口孔（5）总个数。

31、为了实现上述目的二，本发明提供一种后nox传感器取气管评价系统，包括：

32、系统建模模块，用于对整个后处理系统建模得到系统模型，所述系统模型包含后处理系统封装筒体、doc催化单元、dpf催化单元、scr催化单元、asc催化单元、尿素水溶液喷嘴、混合器、后nox传感器；对所述后处理系统进行三维cfd仿真；

33、出气端锥建模模块，用于选取所述asc催化单元的出口端面及其下游的管路进行建模得到出气端锥模型，所述出气端锥模型包括所述asc催化单元出口下游的尾管、端锥、取气管、后nox传感器，所述出气端锥模型的入口边界为所述asc催化单元的出口端面，入口的仿真边界条件来自所述后处理系统的仿真结果；对所述出气端锥进行三维cfd仿真；

34、评价模块，用于对所述出气端锥模型的仿真结果进行处理，分别根据后nox传感器的尖端平均速度与截面平均速度的比值、后nox传感器的尖端passive scalar质量占比、取气管各入口孔流量占比，以及后nox传感器（6）的尖端平均nh3+hnco质量分数与截面平均nh3+hnco质量分数的偏差或后nox传感器（6）的尖端平均nox质量分数与截面平均nox质量分数的偏差对所述取气管的设计进行评价。

35、为了实现上述目的三，本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的一种后nox传感器取气管评价方法。

36、有益效果：

37、本发明与现有技术相比，具有的优点为：

38、本发明通过分别对整个后处理系统、asc催化单元的出口端面及其下游的管路建模，并仿真，对仿真结果进行处理，分别根据后nox传感器尖端平均速度与截面平均速度的比值、后nox传感器passive scalar质量占比、取气管各入口孔流量占比，以及后nox传感器的尖端平均nh3+hnco质量分数与截面平均nh3+hnco质量分数的偏差或后nox传感器的尖端平均nox质量分数与截面平均nox质量分数的偏差对取气管的设计进行评价，为取气管的设计提供理论基础，从而保证nox检测精度。