柴油机由于具有良好的耐用性,热效率和燃油效率,被广泛应用于船舶运输。相对于其他动力装置,船用柴油发动机氮氧化物排放较为严重,对环境和人员健康影响较大。同时,由于IMO及世界各国对船舶柴油机NOx排放的限制越来越严格,船舶柴油机必须采取措施限制其NOx排放。选择性催化还原(SCR)技术是目前控制船舶柴油机NOx排放的有效措施。充分利用还原剂,减少氨逃逸,并提高脱硝效率是其关键技术。本文首先对SCR技术进行研究,重点分析并讨论了硫对SCR催化剂的影响;其次,为了优化SCR系统的流动特性和反应特性,设计了新型的SCR混合器并对其效果进行数值模拟计算。本文研究的混合器性能包括速度均匀性、氨分布均匀性、温度均匀性以及还原剂壁膜特性。通过建立数值计算模型,本文分别研究了线性混合器(LM)、旋流型混合器(SM)以及两者结合的混合器(LSM)对尿素液滴与废气之间的相互作用。同时对LSM型混合器在尿素停留时间及尿素与混合管中废气的作用进行了模拟研究,证明LSM型混合器有助于改善混合气的速度均匀性和尿素分布均匀性。由于LSM型混合器能将尿素溶液分解为更小粒径的液滴,因此LSM型混合器能够显著提高尿素的雾化速率和尿素转化率。此外,本文研究发现在催化剂上游部分NH3浓度偏差和速度偏差分别小于10%和15%,这与SCR系统的设计非常吻合。最后,在ISO 8178标准E3循环下对应用LSM型混合器的SCR系统进行了数值模拟计算,结果表明SCR系统出口处的NOx加权排放值为2.44 g/kWh,证明采用LSM型混合器可以使SCR系统实现废气NOx排放满足IMO Tier Ⅲ限制标准。