Fluent 凝固融化/多相流 车用尿素在寒冷环境下加热分析

由于各国的环境保护部门提出进一步减少柴油机排放放的氮氧化物污染物。国内俗称欧IV标准。发动机生产商开始使用SCR技术（ Selective Catalytic Reduction Technology选择性催化还原技术）来达到环保部门的要求。

柴油机尾气处理液(国内俗称为：汽车尿素，车用尿素，汽车环保尿素)，是SCR技术中必须要用到的消耗品。

SCR系统包括尿素罐（装载柴油机尾气处理液），SCR催化反应罐。SCR系统的运行过程是：当发现排气管中有氮氧化物时，尿素罐自动喷出柴油机尾气处理液，柴油机尾气处理液和氮氧化物在SCR催化反应罐中发生氧化还原反应，生成无污染的氮气和水蒸气排出。

在国内，对于柴油机尾气处理液的生产目前尚属于新兴行业。

尿素液在寒冷环境中会冻结，在汽车启动时，用冷却液对其进行加热，融化后的尿素液才可以起到作用。下面将用一个简单模型说明如何分析尿素液的融化过程，对设计热管的排布和计算融化时间有指导作用。

下图中，红色的为热管（冷却液管），灰色为100*100mm的一个水箱。尿素液冷冻后的液面位置为80mm处。

 

在环境温度为-50℃下，冷却液管固定温度50℃，观察1000s后尿素的融化过程。

由于使用这个案例来熟悉如何设置多相流和融化凝固模型，所以将问题简化为一个2D模型。如下图的一个截面作为计算域。

最终的计算结果如下：

图1. 尿素的体积分数，不管过多久，尿素的体积分数在80mm下都为1.

图2. 温度分布，尿素的融化温度为262K

图3， 速度分布，上部的速度分布是空气的，下部的是融化的尿素的

 

图4. 融化过程，200s, 500s, 1000s 后的流体体积分数。红色部分为流体