随着自然界环境逐渐恶化,国际海事组织对船舶柴油机NOx排放的标准越来越严格。SCR技术作为国内外公认最成熟有效的NOx排放控制技术,能够满足IMO Tier Ⅲ排放法规要求,已广泛应用到船舶柴油机领域。本文在TierⅢ排放法规背景下,以某型船用柴油机为研究对象,采用CFD数值仿真的方法,对SCR系统的尿素溶液蒸发分解过程和催化还原过程进行研究,并从SCR系统流场、催化剂迎风面处NH3浓度分布均匀性及系统压降等角度,优化SCR系统结构,以满足SCR系统设计使用和NOx排放控制要求。本文首先以SCR蒸发混合器为研究对象,选用了两种静态混合器并构建其三维仿真计算模型,从蒸发混合器出口处速度均匀性、NH3浓度均匀性和压降等角度,研究不同类型静态混合器对尿素溶液蒸发分解过程的影响情况。仿真结果表明:静态混合器对出口处速度均匀性影响较小;导流板不规则布置的静态混合器2使出口处NH3浓度均匀性提高了 8.2%;静态混合器使系统压降略微升高。其次,本文在SCR蒸发混合器基础上,以SCR系统整体为研究对象,从催化剂迎风面处速度均匀性和系统压降等角度,对整个SCR系统流场进行优化。在初始SCR系统的结构基础上,采取添加导流装置的方法优化流场,并讨论了导流装置结构外形、尺寸参数对流场分布的影响情况和优化效果。仿真结果表明:方案11的优化效果最好,并且在初始方案的基础上,催化剂迎风面处速度均匀性提高了 16%,系统压降降低了419.5Pa。最后,本文以流场最优方案的仿真计算模型为研究对象,从NH3、NO、NO2等质量浓度沿程变化情况和不同负荷下脱硝效率等角度,对SCR催化还原过程进行相关研究。仿真结果表明:在SCR反应器内,SCR催化还原反应过程与实际情况基本一致;并且按照E3循环计算的NOx加权排放值为2.665g/kWh,满足Tier Ⅲ排放法规要求。本文的研究成果可以为船舶低速柴油机高压SCR系统的设计优化提供参考,并为SCR系统进一步研究打下基石。