近年来,船舶柴油机的废气排放已经成为世界各地大气的主要污染源。为了控制船舶废气对环境所造成的污染,国际海事组织(IMO)在缔约国大会上通过了《MARPOL73/38国际防止船舶造成污染公约》,新增附则Ⅵ《防止船舶造成空气污染规则》条款,对船舶主机排放的氮氧化物(NOx)提出了更为严格的限制。目前在国内,NOx的减排技术主要应用在锅炉燃烧与汽车柴油机的尾气处理中,在船舶领域的应用甚少,其中选择性催化还原技术(SCR)是目前相对有效、成熟和对NOx转换效率最高的船用柴油机尾气后处理技术。在SCR(Selected Catalytic Reduction)系统中,催化反应器的外部结构设计直接影响着SCR设备中气体流动的平稳性与气体分布的均匀性。船用柴油机的功率较大且运行工况多变,因此对催化反应器的布置及尺寸设计有较高的要求。本文以实验室船用柴油机为研究对象,利用三维设计软件Solidworks对SCR催化反应器进行三维建模,改变催化反应器的外部形状,其中包括两个方面的内容:进气口处的扩张管锥角与排气口处的收缩管锥角、SCR设备中喷嘴在进气口处的位置。利用计算流体力学软件Fluent对不同结构的SCR催化反应器进行内部气体流速、湍流强度、压力损失和气体分布均匀性系数的模拟仿真分析,最终优化出一个最佳的SCR催化反应器外部结构。接下来,在已经搭建好的实验台上对不同进气管处扩张管的锥角与排气管处收缩管的锥角、不同位置处的喷嘴进行实验分析,验证了模拟仿真结果的准确性。本文设计出的SCR催化反应器可以应用到船用柴油机上,经优化后的反应器可以大幅度的提高整体设备中内部气体流动的平稳性和均匀性,实现对船舶废气NOx高达80%以上的转化,满足现阶段国际公约对NOx的减排要求。