CN109414661B - 在后处理系统混合排气和还原剂的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

多级混合器包括多级混合器入口、多级混合器出口、第一流动装置和第二流动装置。多级混合器入口构造为接收排气。多级混合器出口构造为将排气提供至催化剂。第一流动装置构造为从多级混合器入口接收排气并接收还原剂，使得所述还原剂部分地与所述第一流动装置中的排气混合。第一流动装置包括多个主叶片和多个主叶片孔口。多个主叶片孔口间隔在多个主叶片之间。多个主叶片孔口构造为接收排气并与多个主叶片配合以为来自第一流动装置排的气提供旋流。

Description

在后处理系统混合排气和还原剂的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年6月6日提交的申请号为62/515,743的美国临时专利的优先权的权益，其内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本申请一般涉及用于内燃机的后处理系统领域。
背景技术
对于诸如柴油机的内燃机，在排气中可排放出氮氧化物(NOx)化合物。为了减少NOx排放，可采用选择性催化还原(SCR)处理借助催化剂和还原剂将NOx化合物转化成更中性的化合物，例如双原子氮或水。这种催化剂可包含在排气系统的催化剂室中，例如车辆或动力单元的催化室。通常在催化剂室之前将还原剂(例如无水氨、氨水、柴油机排气处理液(DEF)或尿素水溶液)引入排气流中。为了将还原剂引入用于SCR工艺的排气流，SCR系统可注入或引入还原剂穿过配送模块，其将还原剂蒸发或喷射到催化剂室的排气系统上游的排气管道中。SCR系统可包括一个或多个传感器以监视排气系统内的状态。
发明内容
在一实施例中，多级混合器包括多级混合器入口、多级混合器出口、第一流动装置和第二流动装置。多级混合器入口构造为接收排气。多级混合器出口构造为将排气提供至催化剂。第一流动装置构造为从多级混合器入口接收排气并接收还原剂，使得所述还原剂部分地与所述第一流动装置中的排气混合。第一流动装置包括多个主叶片和多个主叶片孔口。多个主叶片孔口间隔在多个主叶片之间。多个主叶片孔口构造成接收排气并与多个主叶片配合以为来自第一流动装置提供的排气提供旋流，旋流有利于还原剂与排气的混合。第二流动装置构造为从所述第一流动装置接收所述排气和所述还原剂。所述第二流动装置包括多个第二流动装置孔口，第二流动装置孔口构造为将来自所述第二流动装置的所述排气和所述还原剂借由多级混合器出口提供至催化剂。
在一实施例中，多级混合器包括多级混合器入口、多级混合器出口和第一流动装置。多级混合器入口构造为接收排气。多级混合器出口构造为将排气提供至催化剂。第一流动装置构造为从多级混合器入口接收排气并构造为接收还原剂，使得所述还原剂部分地与所述第一流动装置中的排气混合。第一流动装置包括文丘里管主体、多个主叶片、多个主叶片孔口、多个辅助叶片和多个辅助叶片孔口。文丘里管主体由靠近所述多级混合器入口的主体入口和靠近所述多级混合器出口的主体出口限定。多个主叶片位于文丘里管主体内并靠近主体出口。多个主叶片孔口间隔在多个主叶片之间。多个主叶片孔口构造成接收排气并与多个主叶片配合以为来自第一流动装置的排气提供旋流，旋流有利于还原剂与排气的混合。多个辅助叶片位于文丘里管主体内并靠近主体入口。多个辅助叶片孔口间隔在多个主叶片之间。多个辅助叶片孔口构造成接收排气并与多个辅助叶片配合以为进入文丘里管主体的排气提供旋流，旋流有利于还原剂与排气的混合。
在另一实施例中，多级混合器包括多级混合器入口、多级混合器出口和第一流动装置。多级混合器入口构造为接收排气。多级混合器出口构造为将排气提供至催化剂。第一流动装置构造为从多级混合器入口接收排气并接收还原剂，使得所述还原剂部分地与所述第一流动装置中的排气混合。第一流动装置包括文丘里管主体、多个主叶片、多个主叶片孔口、和多个排气引导件。文丘里管主体由靠近所述多级混合器入口的主体入口和靠近所述多级混合器出口的主体出口限定。文丘里管主体包括沿着文丘里管主体设置在主体入口和主体出口之间的排气引导孔口。多个主叶片位于文丘里管主体内并靠近主体出口。多个主叶片孔口间隔在多个主叶片之间。多个主叶片孔口构造成接收排气并与多个主叶片配合以为来自第一流动装置的排气提供旋流，旋流有利于还原剂与排气的混合。排气引导件围绕排气引导孔口联接到文丘里管主体。所述排气引导件构造成从文丘里管主体外部分别接收排气和还原剂，在引导件中将从文丘里管主体外部接收的排气和还原剂混合，并将混合的排气和还原剂提供到文丘里管主体内。
在另一实施例中，多级混合器包括多级混合器入口、多级混合器出口和第一流动装置。多级混合器入口构造为接收排气。多级混合器出口构造为将排气提供至催化剂。第一流动装置构造为从多级混合器入口接收排气并接收还原剂，使得所述还原剂部分地与所述第一流动装置中的排气混合。第一流动装置包括文丘里管主体、多个导管直叶片和排气引导件。文丘里管主体由靠近所述多级混合器入口的主体入口和靠近所述多级混合器出口的主体出口限定。文丘里管主体包括沿着文丘里管主体设置在主体入口和主体出口之间的排气引导孔口。多个导管直叶片位于文丘里管主体内并靠近主体出口。多个导管直叶片构造成与排气配合并且为来自第一流动装置的排气提供旋流，该旋流有助于还原剂和排气的混合。排气引导件围绕排气引导孔口联接到文丘里管主体。所述排气引导件构造成从文丘里管主体外部分别接收排气和还原剂，在排气引导件中将来自的文丘里管主体外部接收的排气和还原剂混合，并将混合的排气和还原剂提供到文丘里管主体内。
附图说明
在以下附图和描述中阐述了一个或多个实施方式的细节。从说明书、附图和权利要求中，本公开的其他公开的特征、方面和优点将变得显而易见，其中：
图1是具有用于排气系统的示例的还原剂传输系统的示例性地选择性催化还原系统的示意框图；和
图2是示例性多级混合器的剖视图；
图3是另一种多级混合器的剖视图；
图4仍是另一种多级混合器的剖视图；
图5仍是另一种多级混合器的剖视图；
图6A是另一种多级混合器的剖视图；
图6B是图6A中所示的多级混合器的流动装置的前视图；
图6C是图6A中所示的多级混合器的另一流动装置的前视图；
图7是多级混合器内排气速度流线的表示；
图8是多级混合器内还原剂液滴分布的表示；
图9A是多级混合器的一示例性的流动装置的前视图；
图9B是多级混合器的另一流动装置的前视图；
图9C是多级混合器的另一流动装置的前视图；
图9D是多级混合器的另一流动装置的前视图；
图9E是多级混合器的另一流动装置的前视图；
图9F是多级混合器的另一流动装置的前视图；
图9G是多级混合器的另一流动装置的前视图；
图10A是用于多级混合器的排气引导件和还原剂引导件的剖视图；
图10B是用于多级混合器的另一排气引导件和还原剂引导件的剖视图；
图10C仍是另一用于多级混合器的排气引导件的剖视图；
图10D仍是另一用于多级混合器的排气引导件的剖视图；
图11A仍是多级混合器的另一流动装置的前视图；
图11B仍是多级混合器的另一流动装置的前视图；
图11C仍是多级混合器的另一流动装置的前视图；
图11D仍是多级混合器的另一流动装置的前视图；
图11E仍是另一多级混合器的剖视图；
图12A仍是另一个多级混合器的剖视图；
图12B仍是另一个多级混合器的剖视图；
图13仍是另一个多级混合器的剖视图；
图14仍是另一个多级混合器的剖视图；
图15仍是另一个多级混合器的剖视图；
图16是多级混合器的混合器的前视图；
图17仍是另一个多级混合器的剖视图；
图18A是多级混合器的另一混合器的前视图；
图18B是多级混合器的另一混合器的前视图；
图18C是多级混合器的另一混合器的前视图；
图19仍是另一个多级混合器的剖视图；
图20是多级混合器的下游面的视图；
图21是多级混合器的上游面的视图；
图22A仍是另一多级混合器的另一混合器的侧视图；
图22B是图22A所示混合器的另一侧视图；
图23是多级混合器的另一混合器的仰视图；
图24是图23中所示混合器的一部分的侧视图；
图25是用于多级混合器的中心毂的侧视图；
图26是图25中所示的中心毂的侧视图，其具有多个叶片；
图27仍是多级混合器的另一流动装置的后视图；
图28仍是多级混合器的另一流动装置的后视图；
图29是用于分析与多级混合器的流动装置相关的归一化压降和/或均匀性指数的曲线图；
图30仍是多级混合器的另一流动装置的后视图；
图31是多级混合器的另一混合器的俯视图；
图32是图31中所示混合器的侧剖视图；以及
图33是包括图31中所示混合器的多级混合器的侧剖视图。
应当认识到，为了说明的目的，附图中的一些或全部示意性地表示。提供附图的目的是为了说明一个或多个实施方式，明确理解它们将不用于限制权利要求的范围或意义。
具体实施方式
下文是对后处理系统中流动分布的方法、装置和系统的相关各概念和实施方式的更详细的描述。上文介绍并在下文更详细讨论的各概念可以以多种方式中的任一种实施，因为所描述的概念不限于任一特定的实施方式。提供特定实施方式和应用的示例主要用于说明目的。
I.概述
内燃机(例如，柴油内燃机等)通常在后处理系统内产生处理过的排气。该处理通常包括使排气通过催化剂。通过为催化剂提供均匀的排气流，可以提高催化剂的效率，并因此提高后处理系统的效率。在后处理系统内可包括各种部件，例如挡板，以改变排气至催化剂的流动。传统的后处理系统实现的部件难以在径向(例如，各种直径等)和轴向方向上(例如，部件的各种长度，各种数量，部件的各种配置)按比例决定(例如，用于不同应用等)。例如，挡板可能具有复杂的形状，这需要先进的制造技术，因此生产成本很高。结果，传统的后处理系统不能提供在具有变化的发动机等级和/或操作条件的应用中易于实现所必要的灵活性。此外，传统的后处理系统通常使用昂贵且需要困难且耗时制造的复杂部件。
本文所述的实施方式涉及一种多级混合器，其包括多个流动装置，所述多个流动装置配合以为催化剂提供基本均匀的排气流和还原剂流，在多级混合器的下游排气中促进基本上均匀的还原剂分布，并提供相对低的压降(例如，多级混合器入口处的排气压力减去多级混合器出口处的排气压力等)，与传统的后处理系统相比，均在相对紧凑的空间中。与目前在后处理系统中使用的复杂装置相比，流动装置大多是对称的并且相对容易制造。因此，多级混合器可简单且容易地定比(scaled)用于各种应用，同时比后处理系统中当前使用的装置消耗更少的物理空间。多级混合器可构造为用还原剂配送排气，以产生内部旋流，其将排气中的还原剂混合，并在流入催化剂的均匀排气流中产生均匀还原剂分散。由于旋流和由多级混合器产生的相对高的剪切应力，多级混合器可使壁表面上的射流冲击(sprayimpingement)最小化，从而减轻多级混合器和相关排气部件内的沉积物形成和积聚。
在一些实施方式中，多级混合器包括排气引导件，其将排气引向从还原剂引导件喷射的还原剂。排气通过设置在排气引导件的至少一部分上的孔口流入排气引导件。然后，排气帮助还原剂进入流动装置，由此还原剂和排气可以随后通过旋流混合。混合可以通过利用由旋流和/或文丘里管(Venturi)流产生的低压来改善分解，增强常规扩散和湍流扩散，并延长排气和还原剂的混合轨迹。旋流是指围绕多级混合器的中心轴和/或流动装置的中心轴旋转的流动。文丘里管流是指由于横截面积减小和局部流动加速度导致的低压区域而发生的流动。
在一些实施方式中，多级混合器的流动装置包括位于还原剂引导件下方的内板。当还原剂流入流动装置时，还原剂与内板接触，这有助于通过飞溅减少还原剂(例如还原剂液滴等)的斯托克斯数来促进排气中还原剂的混合。
II.后处理系统概述
图1示出了具有用于排气系统190的示例性还原剂输送系统110的后处理系统100。后处理系统100包括诸如柴油颗粒过滤器(DPF)102的颗粒过滤器、还原剂输送装置110、分解室或反应器104、SCR催化室106和传感器150。在一些实施方案中，SCR催化剂106包括氨氧化催化剂(ASC)。
DPF102构造成将诸如煤烟的颗粒物质从在排气系统190内流动的排气中移除。DPF102包括入口和出口，入口接收排气，在使颗粒物质基本从排气过滤和/或将颗粒物质转化成二氧化碳之后排气从出口离开。在一些实施方式中，可省略DPF102。
分解室104构造成将诸如尿素或DEF的还原剂转化为氨。分解室104包括还原剂输送装置110，其包括配送器(doser)或配送模块(dosing module)112，配送模块112被配置成将还原剂配送分解室104中(例如，通过喷射器，诸如下文所述的喷射器)。在一些实施方式中，还原剂被注射到SCR催化室106的上游。然后，还原剂滴液经历蒸发、热解和水解的过程以在排气系统190中形成气态氨。分解室104包括与DPF102流体连通的用以接收包含NOx排放物的排气的入口和用于排气、NOx排放物、氨和/或还原剂流至SCR催化室106的出口。
分解室104包括安装至分解室104的配送模块112，使得配送模块112可将还原剂注入在排气系统190内流动的排气中。配送模块112可包括介于配送模块112一部分以及分解室104的部分(配送模块112安装在其上)之间的绝热体114。配送模块112流体联接至一个或多个还原剂源116。在一些实施方式中，泵118可用于对来自还原剂源116的还原剂加压以用于配送模块112的传送。
配送模块112和泵118也可电地或通讯地联接至控制器120。控制器120构造成以控制配送模块112以将还原剂注入到分解室104中。控制器120也可构造成以控制泵118。控制器120可包括微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等或其组合。控制器120可包括存储器，其包括但不限于能够向处理器、ASIC、FPGA等提供程序指令的任何电的、光的、磁的或任何其他存储或传输设备。存储器可包括存储器芯片、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)、闪速存储器或控制器120可从其读取指令的任何其他合适的存储器。指令可以包括来自任何合适的编程语言的代码。
SCR催化室106构造成通过加速排气中的氨和NOx变为双原子氮和水的NOX还原过程，帮助减少NOx排放。SCR催化室106包括与分解室104流体连通的入口和与排气系统190一端流体连通的出口，从入口接收排气和还原剂。
排气系统190，可进一步包括与排气系统190(例如，SCR催化室106或DPF102的上游)流体联接的氧化催化剂(例如柴油机氧化催化室(DOC))以氧化排气中的碳氢化合物和一氧化碳。
在一些实施方式中，DPF102可位于分解室或反应器104的下游。例如，DPF102和SCR催化剂106可被接合为单一单元。在一些实施方式中，配送模块112可替代地位于涡轮增压器的下游或上游。
传感器150可联接至排气系统190以检测排气流经排气系统190的状态。在一些实施方式中，传感器150具有置于排气系统190内的部分，例如,传感器150的尖端延伸至排气系统190的一部分中。在另一实施方式中，传感器150可通过另一导管(例如，从排气系统190延伸的一个或多个样品管)接收排气。尽管传感器150被描述为位于SCR催化室106的下游，但应理解，传感器150可位于排气系统190的其他位置，包括DPF102的下游、DPF102内部、DPF102和分解室104之间、分解室104内部、分解室104和SCR催化室106之间、SCR催化室106内部或SCR催化室106的下游。此外，可采用两个或两个以上的传感器150检测排气的状态，例如两个、三个、四个、五个或六个传感器150，每个传感器150位于排气系统的前述任一位置处。
III.多级混合器示例
图2描述根据示例性实施例的多级混合器200。尽管在特定实施例中描述了多级混合器200，但应理解，在该实施例和相似实施例中的相关结构可构成其他后处理部件，例如SCR催化剂、穿孔管、管道、歧管、分解室或反应器、配送器、配送模块或其他。多级混合器200构造为接收排气(例如，来自内燃机的燃烧气体等)并对下游提供基本均匀流分布(例如，流动分布(flow profile)等)的排气。根据示例的实施例，多级混合器200另外构造为用还原剂(例如，尿素、柴油机排气流体(DEF)、
Figure GDA0003352164450000091
等)选择性地配送排气。由于多级混合器200提供排气基本均匀流分布并且促进排气和还原剂之间的混合，多级混合器200也可向排气下游提供基本均匀还原剂分布。
多级混合器200包括多级混合器入口202和多级混合器出口204，多级混合器入口202接收进入多级混合器200的排气，多级混合器出口204从多级混合器200提供排气。根据各种实施例，多级混合器入口202从柴油颗粒过滤器(例如，DPF102等)接收排气并且多级混合器出口204将排气提供至SCR催化剂106。
流体流可通过雷诺(Reynolds)数和斯托克斯(Stokes)数定义，雷诺数与流体的流动模式相关，斯托克斯数与悬浮在流体内的颗粒性能有关。依据雷诺数，流体可例如为湍流或层流。进入多级混合器入口202的排气流可由雷诺数定义，其大于104，指示排气流为湍流。由于进入多级混合器入口202的排气流是湍流，存在自相似性。依据斯托克斯数，颗粒可能或多或少地跟随流体流。还原剂流可由斯托克斯数定义，其相似于一，指示还原剂不可能跟随排气流，这在传统混合装置中造成问题。有利地，多级混合器200包括本文中的各种部件和装置，这导致还原剂与排气混合(例如，通过减少还原剂的斯托克斯数等)，使得还原剂连同排气被推进通过多级混合器200。以这种方式，多级混合器200改善了还原剂混合并降低了与多级混合器200中沉积物形成相关的风险。在各种实施例中，多级混合器200是静态的，并且不具有响应于排气通过多级混合器200而移动的部件。以这种方式，多级混合器200制造可不那么复杂且不那么昂贵，因此相比于具有移动部件的后处理元件而言更令人满意。
多级混合器200包括多个流动装置，其将多级混合器200分成多个级。多个流动装置的每一个构造成改变排气流和还原剂使得多个流动装置在多级混合器出口204处累积地使排气获得目标流分布，且使还原剂还原剂获得目标均匀性指数(例如，均匀性分布等)。获得某项流动分布和还原剂均匀性指数在后处理系统的操作中是重要的。例如，期望在SCR催化剂入口处获得均匀的流动分布以及还原剂均匀性指数，因为这种流动分布允许SCR催化剂获得相对较高的转化效率。
如图2所示，多级混合器200包括第一流动装置206、第二流动装置208、第三流动装置210和第四流动装置212。应理解，多级混合器200包括第一流动装置206、第二流动装置208、第三流动装置210、第四流动装置212的任何组合，包括具有多个第一流动装置206、多个第二流动装置208、多个第三流动装置210、和/或多个第四流动装置212的组合以及没有第一流动装置206、第二流动装置208、第三流动装置210、和/或第四流动装置212的组合。
当排气进入多级混合器入口202时，在遇到第一流动装置206之前，排气是0级。在0级，排气尚未受到任何流动装置的影响。然后排气流过第一流动装置206。第一流动装置206包括多个限定开口区域AI的孔口NI，通过开口区域AI排气流入一级。第一流动装置206的孔口由平均区域AAI限定。第一流动装置206构造为产生文丘里管流、旋流或混合效果。旋流效果可导致多个排气流朝多级混合器200周边偏置。第一流动装置206可在一级产生低压区域。低压区域可促进加强的还原剂分解(例如，通过蒸发、通过热解等)、常规扩散和湍流扩散以及还原剂液滴混合。低压区域也可将排气流和还原剂从第一流动装置206的周边抽吸到第一流动装置206。
然后排气流过第二流动装置208。第二流动装置208包括多个限定开口区域AII的孔口NII，通过开口区域AII排气流入二级。第二流动装置208的孔口由平均区域AAII限定。然后排气流过第三流动装置210。第三流动装置210包括多个限定开口区域AIII的孔口NIII，通过开口区域AIII排气流入三级。第三流动装置210的孔口由平均区域AAIII限定。然后排气流过第四流动装置212。第四流动装置212包括多个限定开口区域AIV的孔口NIV，通过开口区域AIV排气流入四级。第四流动装置212的孔口由平均区域AAIV限定。第四流动装置212可包括均匀或相以其他方式图案化的多孔板，其中AAIV相对小。用这种方式，第四流动装置212可构造为以均匀流和还原剂分布将排气提供至四级。从四级，排气流出多级混合器200的多级混合器出口204。
根据示例实施例，多级混合器200构造为：
AI≈AII≈AIII≈AIV (1)
AAI≠AAII≠AAIII≠AAIV (2)
NI≠NII≠NIII≠NIV (3)
这允许排气动态压力在零级、一级、二级、三级、四级的每一个保持基本相同。在各个实施例中，第一流动装置206、第二流动装置208、第三流动装置210、和第四流动装置212均构造为：
AAI＞AAII＞AAIII＞AAIV (4)
NI＜NII＜NIII＜NIV (5)
这有利于通过最小化排气压降逐渐改变排气流。通过从多级混合器入口202的排气压力中减去多级混合器出口204的排气压力计算出(例如，确定出)排气压降。在各个实施例中，多级混合器200构造为当相关的内燃机在瞬态循环(例如，联邦测试程序、世界协调瞬态循环、非公路瞬态循环等)、稳态循环(例如，世界协调的静止循环等)或其组合中运行时，相比于传统后处理系统压降减少。
多级混合器200包括配送器214和端口216，通过端口还原剂(例如，还原剂液滴等)从配送器214可选择地引入到多级混合器200。根据示例性的实施例，配送器214位于零级内。多级混合器200将还原剂均匀地分散在从多级混合器200的多级混合器出口204流出的排气中。端口216构造成不管排气的条件(例如，流速、温度等)朝多级混合器200的中心(例如，中心轴、域的中心等)引导、或帮助引导还原剂。例如，端口216具有多种形状和/或厚度以将还原剂朝多级混合器200的中心引导。
在一些实施例中，多级混合器200还包括还原剂引导件218(例如，喷嘴、多孔管)，其至少部分地保护来自多级混合器入口202的排气流中的还原剂，以便将还原剂引导到多级混合器200的中心。还原剂引导件218从端口216延伸、从配送器214接收还原剂、并将还原剂提供至多级混合器200中(例如，在多级混合器200的中心处等)。在各个实施例中，还原剂引导件218是截头圆锥形。
在一实施例中，第一流动装置206、第二流动装置208、第三流动装置210、和第四流动装置212均对称。因此，简化了第一流动装置206、第二流动装置208、第三流动装置210、第四流动装置212的制造，并且可容易地改变第一流动装置206、第二流动装置208、第三流动装置210、第四流动装置212的尺寸以用于各种应用。相反，传统后处理装置通常包括与流接触的不对称部件。因此，多级混合器200比传统后处理装置更理想。因此，第一流动装置206、第二流动装置208、第三流动装置210和第四流动装置212的任何一个可容易地与另外的流动装置替换，使得多级混合器200可针对目标应用定制。
由于多级混合器200的特定配置和构造，多级混合器200是可扩展的并可简单配置，同时保持提供具有高度均匀流动和还原剂分布的排气的能力，同时最小化排气经历的压降而且最小化沉积(例如，尿素沉积等)形成的可能性。因此，多级混合器200能够比不易适应的其他混合器以更低的成本，能够构造成用于目标应用(即，由于多级混合器200的可扩展性和模块性等)。多级混合器200及其部件在轴向(例如，长度等)和径向(例如，直径等)上是可扩展的。例如，可以按比例确定多级混合器200以包括额外的或更少的流动装置。在一实施例中，可通过包括额外的流动装置按比例确定多级混合器200。
通过比例缩放，可在要求多级混合器200的不同长度和/或直径的各种应用中使用多级混合器200。例如，可以生产多级混合器用于与一种尺寸的海运船的后处理系统一起使用，并且生产多级混合器用于与另一尺寸的柴油商用车辆的后处理系统一起使用。
由于多级混合器200的灵活性，多级混合器200能够以比传统后处理装置更低的成本制造并且能够容易地适应许多特定应用，从而制造比传统的后处理装置更令人满意的多级混合器。此外，多级混合器200可以构造成改装或插入式应用。
尽管多级混合器200被示出为包括第一流动装置206、第二流动装置208、第三流动装置210和第四流动装置212，但应理解，多级混合器200可包括或更多或更少的流动装置，使得多级混合器200适合于目标应用。此外，第一流动装置206、第二流动装置208、第三流动装置210和第四流动装置212的任何一个中的孔口的数量、形状、和尺寸可变化以使得多级混合器200可针对目标应用定制。在一些应用中，流动装置的数量及其构造可以定制，以改善还原剂分解、排气分布、排气内的还原剂分布，以及最小化排气的压降。
图3示出根据一实施例的多级混合器200。多级混合器200包括第一流动装置206、第二流动装置208、第三流动装置210。第一流动装置206示为包括漏斗边缘300、文丘里管主体302和第一支撑凸缘304(例如，下游支撑凸缘等)。漏斗边缘300与文丘里管主体302连续，文丘里管主体302与第一支撑凸缘304连续。漏斗边缘300构造为将大部分排气从多级混合器入口202引导进入文丘里管主体302。然而，漏斗边缘300允许一部分排气最初绕过文丘里管主体302并进入第一流动装置206和多级混合器200之间的区域。漏斗边缘300可以具有相对于多级混合器200的中心轴的各种角度(例如，90°、45°、30°、15°等)。另外，漏斗边缘300可以相对于主体的外边缘(例如，相对于主体的外径等)具有各种高度，如本文将更详细地解释的。通过调节漏斗边缘300的高度，可以将更多或更少的排气引导到第一流动装置206中，并且可以将更多或更少的排气引导到第一流动装置206周围(例如，以绕行的流动方式)。
文丘里管主体302可以是圆形、圆锥形、截头圆锥形、流线形或其他类似形状。第一支撑凸缘304用于将第一流动装置206联接到多级混合器200。在各种实施例中，第一支撑凸缘304在文丘里管主体302和多级混合器200之间提供密封，使得没有排气可以穿过或绕过第一支撑凸缘304。因此，排气从上游的第一支撑凸缘304重定向，以进入文丘里管主体302。然而，如本文更详细说明的，在一些实施例中，第一支撑凸缘304具有孔口，排气可以穿过孔口以通过第一流动装置206。
如图3所示，第一流动装置206包括排气引导孔口306和排气引导件307，排气引导件307与端口216联接。排气引导件307是截头圆锥形。排气引导件307从配送器214(图3中未示出)接收还原剂，通过端口216，并使还原剂流入文丘里管主体302。排气引导件307与围绕排气引导孔口306第一流动装置206的文丘里管主体302联接或集成在第一流动装置206的文丘里管主体302内，使得排气不能在排气引导件307和文丘里管主体302之间流动。相反，排气引导件307包括多个孔口308，每个孔口接收排气并将排气引导到排气引导件307中。然后将排气与来自文丘里管主体302和/或将排气引导件307内的配送器214的还原剂混合。进入排气引导件307的排气流使得来自配送器214的还原剂与排气一起流入文丘里管主体302并朝向多级混合器200的中心流动。以这种方式，还原剂的流动由排气流辅助。
根据各种实施例，还原剂引导件218定位在排气引导件307内。在这些实施例中，还原剂与排气分离，直到还原剂离开还原剂引导件218，此时排气使还原剂朝向多级混合器200的中心行进。通过最初分离还原剂和排气，可以通过最小化多级混合器200的喷射壁上的冲击来最小化多级混合器200内的还原剂的积累。
根据各种实施例，文丘里管主体302的直径为：
0.25D0≤DC≤0.9D0 (6)
其中文丘里管主体302由直径DC限定，并且多级混合器200由大于DC的内径D0限定。在文丘里管主体302处测量的静压由下式给出
Figure GDA0003352164450000141
其中PC是文丘里管主体302处的绝对静压，其中P0是文丘里管主体302上游的绝对静压(例如，由压力传感器测量、由传感器测量等)，其中ρ是排气密度，其中υ0是文丘里管主体302上游的流速(例如，由传感器测量等)。由于文丘里管主体302和多级混合器200之间的直径不同，文丘里管主体302形成低压区域。低压区域可促进增强(例如，增加、加速等)还原剂的分解(例如，通过蒸发、通过热解等)、常规扩散和湍流扩散以及还原剂液滴混合。
在一些实施例中，第一流动装置206还包括主混合器309，主混合器309具有多个主叶片310和在它们之间间隔开的多个主叶片孔口312，以提供旋流，从而产生额外的低压区域并通过延长第一流动装置206的混合轨迹促进混合。主叶片310附接到文丘里管主体302并与之相符，使得排气仅可通过主叶片孔口312离开文丘里管主体302。主叶片310还附接到主叶片中心毂313并与之相符，主叶片中心毂313以文丘里管主体302的中心轴为中心。
主叶片310是静止的并且不在文丘里管主体302内移动。以这种方式，主混合器309的制造可以不那么复杂且不那么昂贵，因此比具有昂贵的并且需要困难且时间密集制造的复杂部件的后处理部件更加理想。不是将排气流限制在单个路径中以产生旋流，而是主叶片310在相邻的主叶片310之间提供若干开口，使得每个主叶片310独立地旋转排气并且使得主叶片310共同形成排气中的旋流。
主叶片310定位(例如，弯曲，成角度，弯的等)以引起排气和还原剂的涡流(例如，混合等)流动以形成混合物。在各种实施例中，主叶片310基本上是直的(例如，基本上沿着平面设置，沿主叶片310具有基本恒定的斜率等)。在其他实施例中，主叶片310是弯曲的(例如，基本上不沿平面设置，沿主叶片310具有不同的斜率，具有相对于主叶片310的其余部分弯曲的边缘等)。在其他实施例中，相邻的主叶片310定位成彼此延伸。在这些实施例中，主叶片310可以是直的和/或弯曲的。在具有多个主叶片310的实施例中，每个主叶片310可以独立地配置，使得主叶片310被单独地定制以实现第一流动装置206的目标配置，使得多级混合器200针对目标应用而定制。
每个主叶片310由叶片角度(例如，相对于多级混合器200的中心轴等)限定，该叶片角度与由主叶片310产生的涡流相关。每个主叶片310的叶片角度可以与任何其他主叶片310的叶片角度不同。根据各种实施例，第一流动装置206包括主叶片310，主叶片310具有在30°和80°之间的叶片角度。然而，主叶片310可具有其他合适的叶片角度。类似地，第一流动装置206可包括任何数量的主叶片310。在一些实施例中，第一流动装置206包括四到十二个主叶片310。
主叶片孔口312共同限定开口区域AI。然而，主叶片孔口312的尺寸部分地与主叶片中心毂313的直径相关。根据各种实施例，主叶片中心毂313的直径由下式给出
0.05DC≤DH≤0.25DC (8)
其中DH是主叶片中心毂313的直径。在应用中，可以任意改变主叶片310中的数量、主叶片310的叶片角度、和主叶片中心毂313的直径，以优化排气流和还原剂流的改进、还原剂混合的改进、以及最小化压降的改进。主混合器309可以构造为使得主叶片310关于主叶片中心毂313对称或不对称地设置。
图3中所示的第二流动装置208包括第二流动装置中心孔口314和多个第二流动装置孔口316。第二流动装置中心孔口314与第一流动装置206的中心对准和/或与多级混合器200的中心对齐，并且由多个第二流动装置孔口316围绕。在操作中，排气与还原剂一起流过主叶片孔口312并进入一级，然后流过第二流动装置中心孔口314和第二流动装置孔口316，并进入二级。第二流动装置中心孔口314和第二流动装置孔口316共同限定开口区域AII。
主叶片310产生的旋流可导致多个排气流和还原剂流朝多级混合器200周边偏置。第二流动装置中心孔口314和第二流动装置孔口316可以通过在中心处经由第二流动装置中心孔口314产生相对较低的流动限制，并且在多级混合器200周边附近通过第二流动装置孔口316产生相对较大的流动限制，来抵消该偏压。第一流动装置206和第二流动装置208之间的这种相互作用改善了排气和还原剂的流动和均匀性，同时持续使压降最小化。
图3中所示的第三流动装置210包括多个第三流动装置孔口318。多个第三流动装置孔口318可基本上类似于第二流动装置孔口316。在操作中，排气与还原剂一起流过第二流动装置中心孔口314和第二流动装置孔口316并进入二级，然后流过第三流动装置孔口318，进入三级。第三流动装置孔口318共同限定开口区域AIII。从三级开始，排气与还原剂一起通过多级混合器出口204流出多级混合器200。
第三流动装置孔口318可以彼此相同并且沿着第三流动装置210均匀地间隔开。以这种方式，第三流动装置210可以提供排气和还原剂的基本均匀的流动和分布。以这种方式，第三流动装置210可以减少或消除在多级混合器200下游经历的剪切，例如在SCR催化剂106的入口处，这使得侵蚀最小化，例如催化剂材料通常所经历的由于接触在旋转的排气流中夹带着硬质气溶胶颗粒的侵蚀。
图4示出根据另一实施例的多级混合器200。如图4所示，第一流动装置206的漏斗形边缘300的角度小于图3中所示的漏斗形边缘300的角度。因此，与图3所示的多级混合器200相比，图4所示的多级混合器200中，更大量的排气可以在文丘里管主体302和多级混合器200之间流动。此外，图4中所示的多级混合器200不包括如图3所示的多级混合器200中的排气引导件307或还原剂引导件218。而还原剂从配送器214输出(图4中未示出)通过端口216并通过排气导向孔306进入文丘里管主体302。还原剂引导件218可以围绕排气引导孔口306联接到文丘里管主体302，使得没有排气在圆柱形主体和还原剂引导件218之间流动。以这种方式，混合还原剂与文丘里管主体302内的排气。或者，在还原剂引导件218和文丘里管主体302之间可存在间隙，使得还原剂流入文丘里管主体302和多级混合器200之间的区域，并与那里的排气混合。从那里，排气和还原剂可以通过排气引导孔口306流入文丘里管主体302。
如图4所示，第一流动装置206还包括沿文丘里管主体302设置的多个内板400。还原剂经由排气引导孔口306进入文丘里管主体302后，还原剂落入文丘里管主体302中并且可以接触任何内板400。内板400和还原剂之间的接触有助于在到达主混合器309、第二流动装置208、第三流动装置210或多级混合器200的任何其他下游部件或零件之前，沿目标轨迹引导还原剂。以这种方式，内板400提供适当程度的预混合，从而改善排气的均匀性指数(例如，还原剂相对于排气中NOx的空间分布等)。另外，内板400可有助于减小还原剂的液滴尺寸，从而减少还原剂的斯托克斯数，这增加了还原剂与排气混合的能力。以这种方式，内板有助于改善多级混合器200的比例可变性(scalability)。可以改变内板400的数量、形状、尺寸、角度(例如，叶片角度等)和构造，使得多级混合器200获得相对均匀的排气流和还原剂流以及在排气中相对均匀地还原剂分布，同时使在多级混合器的壁上射流冲击最小化。
虽然多个内板400仅在本文图4示出，但应当理解，多级混合器200的所有实施例可包括本文描述的第一流动装置206、第二流动装置208、第三流动装置210和第四流动装置中的任何一个中的多个内板400。
图5示出根据另一实施例的多级混合器200。如图5所示，排气流入第一流动装置206的文丘里管主体302，并且还原剂经由排气引导孔口306和还原剂引导件218(未示出)引入文丘里管主体302，该还原剂引导件218延伸到排气引导件307中。在一些实施例中，排气引导件307联接到多级混合器200或集成在多级混合器200内。在其他实施例中，排气引导件307与多级混合器200间隔开，使得排气可以在排气引导件307和多级混合器200的壁之间流动。图5中所示的第一流动装置206不包括图3和图4中所示的主混合器309。相反，排气和还原剂直接从文丘里管主体302内部流入一级，然后通过第二流动装置208中的第二流动装置孔口316。以这种方式，文丘里管主体302限定开口区域AI。
虽然第二流动装置208不包括图3所示的第二流动装置中心孔口314，但图5中所示的第二流动装置孔口316大于图1中所示的第二流动装置孔口316。因此，图2中所示的第二流动装置孔口316限定开口区域AII，其基本上等于第一流动装置206的开口区域AI。如图5所示，第三流动装置210包括第三流动装置中心孔口500。排气与还原剂从第二流动装置孔口316流入第二流动装置208进入二级，然后通过第三流动装置孔口500流过第三流动装置210，进入三级。第三流动装置中心孔口500限定开口区域AIII。从三级，排气和还原剂流过第四流动装置212中的多个第四流动装置孔口502。第四流动装置孔口502可为多个穿孔。第四流动装置孔口502限定开口区域AIV。从四级开始，排气和还原剂通过多级混合器出口204流出多级混合器200。
图6A-6C示出根据另一实施例的多级混合器200及其部件。如图6A所示，第一流动装置206和第三流动装置210均替换第五流动装置600。第五流动装置600包括第五流动装置中心孔口602。此外，第五流动装置600不包括漏斗形边缘300、文丘里管主体302或排气导向孔口306。排气流入多级混合器200，并且还原剂经由排气引导件307引入排气。排气和还原剂一起流过第五流动装置600中的第五流动装置中心孔口602并进入一级。如图6B所示，第五流动装置中心孔口602可以居中地设置在第五流动装置600内。以这种方式，第五流动装置中心孔口602限定开口区域AI。从一级开始，排气和还原剂从一级流过第二流动装置208中的第二流动装置孔口316并进入第二级。如图6C所示，第二流动装置孔口316可以是相同的并且均匀围绕第二流动装置208的中心轴周向设置。从第二级开始，排气和还原剂从第二级流过第五流动装置600中的第五流动装置中心孔口602并进入三级。以这种方式，第五流动装置中心孔口602限定开口区域AIII，其等于开口区域AI。从三级开始，排气和还原剂从三级流过第四流动装置孔口502并进入四级。
图7示出了包括第一流动装置206、第二流动装置208和第三流动装置210的多级混合器200内的排气流线速度和潜在的还原剂的速度。图7是使用模拟生成的，该模拟在8.5千克/分钟的质量流速和335℃下具有521帕斯卡的绝对压力变化。如图7所示，流动管线相对笔直地进入多级混合器200，由第一流动装置206施加旋流，并且随后由第二流动装置208和第三流动装置210拉直，直到流动管线在离开多级混合器之前相对笔直。
图8示出了包括第一流动装置206、第二流动装置208、第三流动装置210、和端口216的多级混合器200内的还原剂液滴的位置和它们相应的尺寸。如图8所示，还原剂液滴进入多级混合器200，由第一流动装置206施加旋流，随后由第二流动装置208和第三流动装置210均匀分散，直到还原剂液滴在离开多级混合器200之前相对均匀地分散。
图9A-9G示出了根据各种实施例的第六流动装置900。第六流动装置900可以是如本文所述的第一流动装置206、第二流动装置208、第三流动装置210、第四流动装置212和第五流动装置600中的任何一个。
第六流动装置900包括多个第六流动装置孔口902。通过增加第六流动装置900内的第六流动装置孔口902的尺寸，排气和还原剂的流动可以变得更均匀，并且还原剂在排气内的分布也可以变得更均匀。通过增加靠近第六流动装置900的第六流动装置孔口902的密度可以实现这些相同的益处。
在其他应用中，第六流动装置孔口902可以围绕中心区域904均匀分布，如图9D所示。中心区域904可以包括另外的第六流动装置孔口902，其均匀地分布在中心区域904内。如图9D所示，第六流动装置900构造为使得未设置在中心区域904内的第六流动装置孔口902比设置在中心区域904内的第六流动装置孔口902更稀疏。
如图9A所示，第六流动装置孔口902均匀地分布穿过第六流动装置900，并且与第六流动装置孔口902是相同的。以这种方式，由第六流动装置900产生的流动可以是基本均匀的。第六流动装置900的这种布置可以在多级混合器200的多级混合器出口204附近实施。
然而，第六流动装置孔口902也可具有不同的尺寸，并且第六流动装置孔口902可根据其尺寸布置。如图9B和图9C所示，第六流动装置孔口902均匀地分布穿过第六流动装置900，较大的第六流动装置孔口902布置在第六流动装置900的中心附近，较小的第六流动装置孔口902布置在第六流动装置900的周边附近。第六流动装置900的这种布置可以在形成涡流之后(例如，在第一流动装置206等)实施。
在其他应用中，第六流动装置孔口902可以围绕中心区域904均匀分布。中心区域904可以包括另外的第六流动装置孔口902，其均匀地分布在中心区域904内。如图9D所示，第六流动装置900构造为使得未设置在中心区域904内的第六流动装置孔口902比设置在中心区域904内的第六流动装置孔口902更稀疏。仍在其他应用中，第六流动装置孔口902可以围绕中心孔口906均匀分布。如图9E所示，第六流动装置900构造成使得第六流动装置孔口902均匀地设置在中心孔口906周围。
在一些应用中，第六流动装置孔口902中的每一个包括与第六流动装置孔口902邻接的第六流动装置叶片908。如图9F所示，第六流动装置孔口902是半圆形的，第六流动装置叶片908是半圆形的。如图9G所示，第六流动装置孔口902是方形的，第六流动装置叶片908是方形的。在制造中，第六流动装置孔口902和第六流动装置叶片908可以同时成形(例如，通过冲压机和冲模等)。
第六流动装置叶片908可以构造为使排气和还原剂沿目标方向流动。第六流动装置孔口902和第六流动装置叶片908可以跨越第六流动装置900布置成多个行和列。如图9F和图9G所示，第六流动装置叶片908的方向可以在一行内交替并且在一列内是相同的。然而，第六流动装置叶片908和第六流动装置孔口902的其他布置和配置也是可能的。例如，第六流动装置叶片908和第六流动装置孔口902可配合以产生旋流。
图10A-10D根据各种实施例更详细地示出了排气引导件307。应该理解的是，参照图10A-10D所示和描述的排气引导件307可以包括在本文描述的多级混合器200的任何实施例中。
如图10A和图10B所示，还原剂引导件218位于排气引导件307内。还原剂引导件218构造成使还原剂经过排气引导件307并进入多级混合器200。排气引导件307由第一角度(例如，在顶点等处)限定，并且多级混合器200由小于第一角度的第二角度(例如，在顶点等处)限定。以这种方式，排气引导件307和多级混合器200构造成使得对排气引导件307的射流冲击最小化。
孔口308沿着排气引导件307定位并且构造成将排气引导到排气引导件307和还原剂引导件218之间的区域中，使得排气被引导出排气引导件307的喷嘴1000。来自还原剂引导件218的还原剂可能夹带在排气中，从而与排气一起从排气引导件307喷出。如图10A所示，孔口308沿着排气导向件307的前表面1002设置。前表面1002与来自多级混合器200的多级混合器入口202(例如，上游等)的排气流相邻。前表面1002可以由排气引导件307的角形段限定。例如，前表面1002可以是排气导向件307的大约120度，其以排气流入排气导向件307的方向为中心。
孔口308可以具有不同的形状、尺寸、节距、密度和构造。孔口308可以例如构造成在垂直方向上(例如，相对于排气流入多级混合器入口202)将排气引导出喷嘴1000。例如，如图10B所示，孔口308沿着排气引导件307均匀地设置。在图10C中所示的另一示例中，孔口308沿前表面1002设置。但是，如图10C所示，排气引导件307包括不包括任何孔口308的圆柱形截面1006。圆柱形截面1006可便于在空间有限的应用中使用排气导向件307。此外，在图10D所示，排气导向件307包括变形截面1008，该变形截面1008还便于在空间有限的应用中使用排气导向件307。
图11A-11E示出了一部分根据各种实施例的第一流动装置206。在一些实施例中，主混合器309包括定位在每个主叶片310上的互补叶片1100。应该理解的是，参照图11A-11E所示和所描述的互补叶片1100可以包括在本文讨论的多级混合器200的任何实施例中。
互补叶片1100限定了与主叶片孔口312邻接的互补孔口1102。以这种方式，互补叶片1100增加第一流动装置206的开口面积AI。互补叶片1100可以构造为相对于主叶片310的各种角度具有各种角度，并且具有各种形状、尺寸和构造。例如，第一流动装置206可以配置有一些包括互补叶片1100的主叶片310，和不包括互补叶片1100的其他主叶片310。
互补叶片1100可以定位成与每个主叶片310的边缘邻接，如图11A和图11D所示，或者位于主叶片310内，如图11B和11C所示。另外，互补叶片1100可以构造为产生旋流(例如，共旋流，反旋流等)，其与主叶片310产生的旋流分开。以这种方式，互补叶片1100可用于增加或减少由第一流动装置206产生的总涡流。在一些实施例中，通过使用包括互补叶片1100的两个流动装置(例如第一个流动装置206、第二个流动装置208等)，可以在轴向实现多级混合。
图11E示出多级混合器200的剖视图，其中包括第一个流动装置206，包括互补叶片1100。在本实施例中，省略了辅助混合器1106。在一些多级混合器200应用中，可能不需要辅助混合器1106，并且可以省略以减少多级混合器200的成本和制造复杂性。例如，当多级混合器200放置在紧耦合布置中的涡轮增压器下游(例如，多级混合器200放置在极为靠近涡轮增压器出口等)，辅助混合器1106可能不包括在多级混合器200中，因为涡轮增压器在多级混合器入口202产生相对较高的涡流速度。
如图12所示，第一流动装置206包括辅助混合器1106，辅助混合器1106包括辅助叶片1108。应理解，参照图12A所示并描述的辅助混合器1106可以包含在本文讨论的多级混合器200的任何实施例中。
辅助叶片1108附接在辅助叶片中心轮毂1109上，该辅助叶片中心轮毂1109位于多级混合器200的中心轴上。辅助叶片中心轮毂1109与文丘里管主体302联接(例如，通过间隔相邻辅助叶片1108的构件等)。辅助混合器1106构造成接收多级混合器入口202的排气，并将排气提供给文丘里管主体302。辅助叶片1108可能与主叶片310相似或不同。每个辅助叶片1108的叶尖(例如最外层表面等)可以与文丘里管主体302之间间隔空气间隙，以便排气可以在每个辅助叶片1108的叶尖和文丘里管主体302之间通过。
辅助混合器1106包括多个辅助叶片孔口1110，这些孔口间隔在多个辅助叶片1108之间。以这样的方式，多个辅助叶片和多个辅助叶片孔口1110在第一流动装置206中提供了旋流。多个辅助叶片孔口1110与多个辅助叶片1108配合将排气提供至具有旋流的第一流动装置206，促进还原剂与排气的混合。辅助叶片1108可以构造为产生旋流(例如，共旋流，反旋流等)，其与由主叶片310和/或互补叶片1100产生的旋流分开。以这种方式，辅助叶片1108可用于增加或减少由第一流动装置206产生的总涡流。此外，辅助叶片1108可增加还原剂和文丘里管主体302之间的排气的混合。
在图12A中所示的另一示例中，辅助叶片1108位于引入还原剂的位置的上游，而互补叶片1100和主叶片310位于引入还原剂的位置的下游。在该实施例中，辅助叶片1108在第一方向上产生第一旋流，并且主叶片310和/或互补叶片1100在第二方向上产生第二旋流，该第二方向可以与第一方向相同(例如，共旋流等)，或与第一方向相反(例如，反向旋流等)。不是将排气流限制在单个路径中以产生旋流，而是辅助叶片1108在相邻的辅助叶片1108之间提供若干开口，使得每个辅助叶片1108独立地涡旋排气并且使得辅助叶片1108共同形成排气中的旋流。
主叶片310和/或辅助叶片1108可以在各种应用中使用金属板(例如，铝板、钢板等)构造(例如，生产、制造等)。例如，主叶片310和/或辅助叶片1108可以通过压模(stamping)、冲压(punching)、激光切割，水射流切割和/或焊接操作来构造。
图12B示出了多级混合器200的剖视图，该多级混合器200具有包括互补叶片1100的辅助混合器1106和包括多个第二流动装置叶片1200的第二流动装置208。应该理解的是，参照图12B所示和描述的第二流动装置叶片1200可以包含在本文讨论的多级混合器200的任何实施例中。
第二流动装置叶片1200可能与主叶片310相似或不同。与互补叶片1100和辅助叶片1108相似，第二流动装置叶片1200可以构造为产生旋流(例如，共旋流，反旋流等)，其与主叶片310、互补叶片1100、和/或辅助叶片1108产生的旋流分开。以这种方式，第二流动装置叶片1200可用于增加或减少排气和冷却剂的总涡流。在图12B中所示的实施例中，互补叶片1100和第二流动装置叶片1200位于引入还原剂位置的下游。在该实施例中，互补叶片1100在第一方向上产生第一旋流并且第二流动装置叶片1200在第二方向上产生第二旋流，该第二方向可以与第一方向相同(例如，共旋流等)或与第一方向相反(例如，反向旋流等)。
图13示出具有第一流动装置206和辅助混合器1106的多级混合器200的剖视图。尽管未在图13中示出，但应理解，多级混合器200可包括排气引导件307。辅助混合器1106位于排气引导孔口306的上游，并且第一流动装置206位于排气引导孔口306的下游。辅助混合器1106用于在辅助混合器1106下游的第一流动装置206内产生排气的旋流。由辅助混合器1106产生的旋流有助于还原剂在辅助混合器1106和主叶片310之间的排气中的分配，使得当排气遇到主叶片310时，还原剂基本均匀地分布在排气内。另外，由辅助混合器1106产生的旋流在文丘里管主体302处产生相对大的剪切(例如，辅助叶片1108和主叶片310之间的文丘里管主体302的部分等)以减少薄膜形成，从而减少文丘里管沉积物沿文丘里管主体302的积聚。主叶片310用于在第一流动装置206下游的排气和夹带的还原剂上施加旋流。该旋流导致排气在第一流动装置206下游，例如在多级混合器出口204处(例如，在SCR催化剂106的入口附近)相对均匀(例如，就还原剂组分而言等)。
文丘里管主体302由主体中心轴1300限定。文丘里管主体302以主体中心轴1300为中心(例如，文丘里管主体302的质心与其重合等)。辅助叶片1108和主叶片310也在主体中心轴1300上居中。第一支撑凸缘304由混合器中心轴1302限定。除了辅助叶片1108和主叶片310在排气中混合还原剂的益处之外，第一支撑凸缘304构造成使得主体中心轴1300以径向偏移hr偏离混合器中心轴1302。径向偏移hr导致在文丘里管主体302上的任何还原剂累积(例如，第一流动装置206内的排气中的还原剂的不均匀分布等)基本上重新分配到第一流动装置206下游的排气中。而主体中心轴1300从混合器中心轴1302朝向端口216偏离图13中的径向偏移hr。可以理解的是，主体中心轴1300可以从混合器中心轴1302以径向偏移hr偏离端口216，或者从混合器中心轴1302朝向文丘里管主体302(例如，正交于端口216等)偏离径向偏移hr。
文丘里管主体302具有主体入口1304和主体出口1306。入口具有直径dv，出口具有小于直径dv的直径ds。直径dv和直径ds均小于多级混合器200的直径D0。在各种实施例中，多级混合器200和第一流动装置206构造成使得
0.4D0≤dv≤0.9D0 (9)
0.7dv≤ds≤dv (10)
0≤hr≤0.1D0 (11)
在各种实施例中，第一支撑凸缘304不突出到文丘里管主体302中(例如，第一支撑凸缘304限定与文丘里管主体302邻接并且直径等于直径ds的孔口等)。
在各种实施例中，漏斗形边缘300从主体入口1304朝向多级混合器200径向突出距离hi。在各种实施例中，第一流动装置206构造成使得
0≤hi≤0.1dv (12)通过改变距离hi，可以优化排气流入第一流动装置206和/或排气引导孔口306。
还原剂从端口216流过排气引导孔口306。排气引导孔口306通常是圆形的并且由直径de限定。在各种实施例中，第一流动装置206构造成使
Figure GDA0003352164450000261
其中
5°≤δ≤20° (14)
其中δ是基于第一流动装置206的配置选择的余量，并且其中α是喷嘴1000的喷射角度。在一些实施例中，排气引导孔口306是椭圆形的。在这些实施例中，直径de可以是排气引导孔口306的主轴(例如，与短轴等相反)。
第一流动装置206也由辅助叶片1108的后缘和主叶片310的后缘之间的间距Lm限定。在各种实施例中，第一流动装置206构造成使得
Figure GDA0003352164450000262
文丘里管主体302包括护罩1308。应当理解，参照图13所示和描述的护罩1308可以包含在本文讨论的多级混合器200的任何实施例中。
护罩1308限定文丘里管主体302的下游端，因此由直径ds限定。在各种实施例中，护罩1308的形状为圆柱形或圆锥形(例如，截头圆锥形等)。护罩1308可以有助于减少由主混合器309产生的离心力引起的排气分层。另外，护罩1308可以为主混合器309提供结构支撑，例如当除了主叶片中心毂313之外的主叶片310附接到护罩1308(例如，使得主叶片310与护罩1308相符等)时。当主叶片310附接到护罩1308时，主叶片310可通过移除泄漏路径来提供更直接的旋流(例如，沿着目标轨迹等)，从而改善混合性能(例如，主混合器309的能力以混合还原剂和排气等)并减少主混合器309下游的沉积物的积聚(例如，在护罩1308中，在多级混合器200下游的排气组件中等)。此外，护罩1308基本上防止泄漏流和液膜积聚并且减轻第一流动装置206(例如，文丘里管主体302上等)和/或多级混合器200内的沉积物的形成。护罩1308由相对于平行主体中心轴1300和混合器中心轴1302的轴的角度Φ限定。在各种实施例中，第一流动装置206构造成使得
Φ≤50° (16)
在各种实施例中，第一流动装置206构造成使得
Figure GDA0003352164450000271
其中Ls是护罩1308的长度。其中护罩1308是圆柱形，直径ds等于直径dv和
0.02dv≤Ls≤0.25dv (18)
在一些实施例中，多级混合器200的至少一个流动装置相对于混合器中心轴1302成角度。例如，第一流动装置206可以构造成使得主体中心轴1300从混合器中心轴1302向上倾斜(例如，相对于其成正角度倾斜等)，或者使得主体中心轴1300从从混合器中心轴1302向下倾斜(例如，相对于其成负角度倾斜)。
图14示出图13中第一流动装置206的变型。图14中，辅助叶片1108示出为与文丘里管主体302隔开间隙g。在各种实施例中，第一流动装置206构造成使得
0≤g≤0.15dv (19)
间隙g可以减轻文丘里管主体302上的还原剂沉积物的累积。间隙g用于产生沿文丘里管主体302引导的基本上轴向的排气流(例如，在文丘里管主体302的内表面上等)。以这种方式，间隙g可以平衡通过辅助叶片1108的排气的流动(例如，主要切向流等)与上述轴向流动和围绕第一流动装置206的排气流动。代替间隙g，或除了间隙g，辅助叶片1108可以包括排气可以流过的狭槽(例如，薄槽)或孔。例如，每个辅助叶片1108可包括与辅助叶片1108的最外边缘邻接的狭槽。在该示例中，排气可以流过狭槽并接近狭槽靠近文丘里管主体302，从而提供与间隙g相似的益处。
如图14所示，主叶片310示出为与护罩1308接触，使得在每个主叶片310的至少一部分与护罩1308之间不存在间隙。在示例性实施例中，每个主叶片310的尖端(例如，最径向向外的表面等)被焊接(例如，熔接等)到护罩1308。
在一些实施例中，主叶片310可以与护罩1308隔开间隙gv。在各种实施例中，第一流动装置206构造成使得
0≤gv≤0.15dv (20)
间隙gv可以减轻护罩1308上的还原剂液滴的累积。间隙gv用于产生沿护罩1308引导的基本上轴向的排气流(例如，在护罩1308的内表面上等)。代替间隙gv，或除了间隙gv，主叶片310可以包括排气可以流过的狭槽(例如，薄槽)或孔。例如，每个主叶片310可包括与主叶片310的最外边缘邻接的狭槽。在该示例中，排气可以流过狭槽并接近狭槽靠近护罩1308，从而提供与间隙g相似的益处。
在一些实施例中，每个辅助叶片1108的尖端附接(例如，焊接，联接等)到文丘里管主体302(例如，使得辅助叶片1108与文丘里管主体302相符等)。当辅助叶片1108附接到文丘里管主体302时，辅助叶片1108可通过移除泄漏路径来提供更直接的旋流(例如，沿着目标轨迹等)，从而改善混合性能(例如，辅助混合器1106的能力以混合还原剂和排气等)并减少辅助混合器1106下游的沉积物的积聚(例如，在文丘里管主体302中，在主混合器309上，在多级混合器200下游的排气部件中等)。图13中，辅助叶片1108示出为与文丘里管主体302接触，使得在每个辅助叶片1108的至少一部分与文丘里管主体302之间不存在间隙。
每个辅助叶片1108由相对于辅助叶片1108的辅助叶片中心轮毂1109的辅助叶片中心轮毂中心轴的辅助叶片角度限定。
类似地，每个主叶片310的主叶片角度相对于主叶片中心毂313的主叶片中心毂中心轴限定。每个辅助叶片1108的辅助叶片角度可以与任何其他辅助叶片1108中的辅助叶片角度不同。在各种实施例中，相对于主叶片中心毂313的主叶片中心毂中心轴，每个辅助叶片1108的辅助叶片角度在45°和90°之间(包括端值)，主叶片310的主叶片角度在45°和90°之间(包括端值)。可以选择每个辅助叶片1108的辅助叶片角度，使得第一流动装置206适合于目标应用。类似地，可以选择每个主叶片310的主叶片角度，使得第一流动装置206针对目标应用而定制。辅助混合器1106可以构造为使得辅助叶片1108关于辅助叶片中心毂1109对称或不对称地设置。
对于每个辅助叶片1108，辅助叶片角度可以不同，并且主叶片角度可以与每个主叶片310不同。可以选择每个辅助叶片1108的辅助叶片角度和每个主叶片310的主叶片角度，以便产生排气的不对称旋流，以引导排气的流动(例如，朝向多级混合器200中的目标位置等)，以更均匀地分配排气内的还原剂，并减少第一流动装置206和/或多级混合器200内的沉积物(例如，在文丘里管主体302上等)。
图15示出了具有主混合器309的第一流动装置206，主混合器309具有六个主叶片310，其中四个主叶片310各自具有第一叶片角度，而两个主叶片310具有大于第一叶片角度的第二叶片角度。图16示出图15中第一流动装置206的主叶片310。
图17示出了具有主混合器309的第一流动装置206，主混合器309具有六个主叶片310，其中四个主叶片310各自具有不等于45度的第一叶片角度，使得四个主叶片310打开，两个主叶片310具有等于90°的第二叶片角度，使得两个主叶片310关闭，从而形成包括三个主叶片310的组合主叶片1700。而不是将主叶片310称为具有45°叶片角度，而是可以将主混合器309简称为具有三个主叶片310和一个组合主叶片1700。
图18A示出了一个实施例中的组合主叶片1700。组合主叶片1700可以以各种方式形成。在各种实施例中，组合主叶片1700由折叠平坦(例如，90°等)的大主叶片310形成。在这些实施例中，大主叶片310的尺寸可以是其他主叶片310的两倍。在其他实施例中，组合主叶片1700由第一相邻主叶片1800和第二相邻主叶片1802形成。在这些实施例中，第一相邻主叶片1800和第二相邻主叶片1802各自折叠平坦，然后第一相邻主叶片1800和第二相邻主叶片1802或者直接连接(例如，第一相邻主叶片1800和第二相邻主叶片1802的每个相邻边缘附接在一起等)或间接连接(例如，跨越构件附接到第一相邻主叶片1800和第二相邻主叶片1802中的每一个等)。
图18B和图18C示出了组合主叶片1700，其由第一相邻主叶片1800、第二相邻主叶片1802和第三相邻主叶片1804形成。在这些实施例中，第一相邻主叶片1800、第二相邻主叶片1802和第三相邻主叶片1804不需要弯曲平坦并且可以具有叶片角度。
在图18B中，第一相邻主叶片1800联接到第一跨越构件1806，第一跨越构件1806联接到第二相邻主叶片1802。第一跨越构件1806可以附接到第一相邻主叶片1800，以便关闭并防止排气在其间通过。类似地，第一跨越构件1806可以连接到第二相邻主叶片1802，以便关闭并防止排气在其间通过。第一相邻主叶片1800还联接到第二跨越构件1808，第二跨越构件1808联接到第三相邻主叶片1804。第二跨越构件1808可以附接到第一相邻主叶片1800，以便关闭并防止排气在其间通过。类似地，第二跨越构件1808可以连接到第三相邻主叶片1804，以便关闭并防止排气在其间通过。
在图18C中，第一孔1810结合到第一跨越构件1806中，第二孔1812结合到第二跨越构件1808中。第一孔1810和第二孔1812构造成便于排气通过其间。以这种方式，第一孔1810和第二孔1812可以减缓主混合器309上游的相对高压区域的形成。应该理解的是，参考图17-18C所示和描述的组合主叶片1700可以包括在本文讨论的多级混合器200的任何实施例中。
图19示出了多级混合器200内的排气流，并示出了排气在遇到第一流动装置206时如何运转。第一流动装置206上游的排气被分成主流1900(例如，文丘里管流，旋流等)和绕行流1902(例如，排气辅助流等)。主流1900被提供到第一流动装置206中(例如，主流1900通过漏斗边缘300漏斗进入文丘里管主体302等)。
在一些实施例中，绕行流1902是绕行流1902和主流1900的总和(例如，总流量等)的5-40％(包括端值)。在这些实施例中，主流1900是绕行流1902和主流1900的总和(例如，总流量等)的60-95％(包括端值)。因此，在多级混合器200包括六个辅助叶片1108的情况下，相邻辅助叶片1108之间的每个间隙接收绕行流1902和主流1900的总和(例如，总流量等)的6-16％(包括端值)。类似地，在多级混合器200不包括辅助混合器1106并且包括六个主叶片310的情况下，相邻主叶片310之间的每个间隙接收绕行流1902和主流1900的总和(例如，总流量等)的6-16％(包括端值)。
主流1900和绕行流1902限定了流量分流。流量分流是绕行1902与主流1900的比率，表示为主流1900的百分比。分流是直径dv、直径de和距离hi的函数。通过改变流量分流，可执行第一流动装置206的目标混合性能优化(例如，基于计算流体动力学分析等)、目标沉积物形成(例如，在目标周期时间内形成的沉积物目标量)、和目标压降(例如，第一流动装置206上游的排气压力与第一流动装置206下游的排气压的压力的比较等)，使得第一流动装置206可以针对目标应用而定制。在各种实施例中，流量分流比在5％和70％之间(包括端值)。也就是说，绕行流1902是主流1900的5％和70％之间(包括端值)。
绕行流1902不是通过主体入口1304立即提供给第一流动装置206。相反，绕行流1902围绕漏斗边缘300流动到第一流动装置206和多级混合器200的主体之间的空间中。绕行流1902被分成转向流1904和隔离流1906。转向流1904与通过端口216提供给第一流动装置206的还原剂混合。例如，如果第一流动装置206包括排气导向件307，然后一部分绕行流1902进入排气导向件307并作为转向流1904从排气导向件307流入文丘里管主体302。转向流1904通过排气引导孔口306进入第一流动装置206。在第一流动装置206不包括排气引导件307的实施例中，当转向流1904直接通过排气引导孔口306时，绕行流1902可以进入文丘里管主体302。
隔离流1906不立即进入第一流动装置206而是遇到第一支撑凸缘304。在各种实施例中，第一支撑凸缘304封住多级混合器200和文丘里管主体302，并且不允许隔离流1906穿过第一支撑凸缘304或围绕第一支撑凸缘304。在这些实施例中，隔离流1906朝向主体入口1304流回。当隔离流1906朝向主体入口1304流回时，一部分隔离流1906可以进入排气引导件307并作为转向流1904流入文丘里管主体302。隔离流1906的其他部分可以流过排气引导件307并通过主体入口1304作为主流1900进入文丘里管主体302。在其他实施例中，第一支撑凸缘304包括至少一个允许排气通过其中的孔口，从而允许隔离流1906的至少一部分完全绕过主体。隔离流1906的该部分将与主体出口1306下游的主流1900混合(例如，在主流1900与转向流1904和文丘里管主体302内的还原剂结合之后等)。
根据图19中所示的实施例中，主流1900通过辅助叶片1108，与还原剂和转向流1904混合，然后通过主叶片310，穿过护罩1308，并流出主体出口1306。
如图20所示，其示出了第一流动装置206的上游面的视图，第一流动装置206包括第二支撑凸缘2000(例如，上游支撑凸缘等)。应该理解的是，参照图20所示和描述的第二支撑凸缘2000可包括在本文所讨论的多级混合器200的任何实施例中。
第二支撑凸缘2000联接到第一流动装置206和多级混合器200。第二支撑凸缘2000设置在第一支撑凸缘304的上游。在各种实施例中，第二支撑凸缘200设置在排气引导件307的上游。第二支撑凸缘2000便于排气通过第二支撑凸缘2000。图20中，隐藏第一支撑凸缘304以便于观察第二支撑凸缘2000。
第二支撑凸缘2000包括多个第二支撑凸缘孔口2001(例如，孔、通道、通路等)。绕行流1902通过第二支撑凸缘孔口2001横穿第二支撑凸缘2000。另外，隔离流1906在被第一支撑凸缘304向上游重定向之后，可通过第二支撑凸缘孔口2001穿过第二支撑凸缘2000，并通过主体入口1304进入文丘里管主体302。在各种实施例中，第二支撑凸缘2000可包括一个、两个、三个、四个、五个、六个或更多个第二支撑凸缘孔口2001。
每个第二支撑凸缘孔口2001通过第二支撑凸缘连接器2002(例如，臂、杆等)与相邻的第二支撑凸缘孔口2001分开。第二支撑凸缘连接器2002与第二支撑凸缘2000集成在一起，并且联接到多级混合器200和第一流动装置206。在一个示例中，第二支撑凸缘连接器2002联接到文丘里管主体302，而第一支撑凸缘304联接到护罩1308。在一些实施例中，第二支撑凸缘2000联接到漏斗边缘300(例如，漏斗边缘300是第二支撑凸缘2000的一部分等)。
第二支撑凸缘2000不突出到主体入口1304中(例如，第二支撑凸缘2000限定与文丘里管主体302邻接并且直径等于直径dv的孔口等)。在各种实施例中，第二支撑凸缘2000包括一个、两个、三个、四个、五个、六个或更多个第二支撑凸缘连接器2002。在一些实施例中，第二支撑凸缘孔口2001的数量等于第二支撑凸缘连接器2002的数量。
图21示出了根据示例性实施例的第三支撑凸缘2100(例如，上游支撑凸缘等)。应该理解的是，参照图21所示和描述的第三支撑凸缘2100可包括在本文所讨论的多级混合器200的任何实施例中。
第三支撑凸缘2100和已经描述的第二支撑凸缘2000有相同的作用。在各种实施例中，第一流动装置206包括第三支撑凸缘2100或第二支撑凸缘2000。在一些实施例中，第一流动装置206包括第二支撑凸缘2000和第三支撑凸缘2100。
第三支撑凸缘2100可以联接到排气引导孔口306的上游文丘里管主体302，如图21所示，其示出了第一流动装置206的上游面的视图。第三支撑凸缘2100还可以在排气引导孔口306的下游但在第一支撑凸缘304的上游联接到文丘里管主体302。第三支撑凸缘2100还可以联接在排气引导孔口306的上游的文丘里管主体302。在一些实施例中，第三支撑凸缘2100与漏斗边缘300邻接(例如，漏斗边缘300是第三支撑凸缘2100的一部分等)。
第三支撑凸缘2100包括多个第三支撑凸缘孔口2102(例如，孔、通道、通路等)。绕行流1902穿过第三支撑凸缘孔口2102横穿第三支撑凸缘2100。在各种实施例中，第三支撑凸缘2100可包括一个、两个、三个、四个、五个、六个或更多个第三支撑凸缘孔口2102。
第三支撑凸缘孔口2102中的每一个通过第三支撑凸缘连接器2104(例如，臂，杆等)与相邻的第三支撑凸缘孔口2102分离。第三支撑凸缘连接器2104与第三支撑凸缘2100集成在一起，并且联接到多级混合器200和第一流动装置206。在一个示例中，第三支撑凸缘连接器2104联接到文丘里管主体302，而第一支撑凸缘304联接到护罩1308。在一些实施例中，第三支撑凸缘2100联接到漏斗边缘300(例如，漏斗边缘300是第三支撑凸缘2100的一部分等)。
第三支撑凸缘2100不突出到主体入口1304中(例如，第三支撑凸缘2100限定与文丘里管主体302邻接并且直径等于直径dv的孔口等)。在各种实施例中，第三支撑凸缘2100包括一个、两个、三个、四个、五个、六个或更多个第三支撑凸缘连接器2104。在一些实施例中，第三支撑凸缘孔口2102的数量等于第三支撑凸缘连接器2104的数量。
图22A和图22B示出了根据示例性实施例的导管直叶片混合器2200。应理解的是，参照图22A和图22B所示和描述的导管直叶片混合器2200可以包含在本文讨论的多级混合器200的任何实施例中。
导管直叶片混合器2200包括多个导管直叶片2202，每个导管直叶片2202联接到导管直叶片中心毂2206并与之相符。不是在任何导管直叶片2202之间形成孔口，如在相邻主叶片310之间形成的那样，任何导管直叶片2202和任何组合导管直叶片在它们之间形成导管。如本文所解释的，导管是具有单个入口和单个出口的封闭通道(例如，限定在六个侧面中的四个上等)。
虽然未示出，但是每个导管直叶片2202的尖端(例如，最外边缘等)联接到护罩1308或文丘里管主体302并与其相符。导管直叶片2202或组合导管直叶片之一的后缘沿气流方向St延伸超过导管直叶片2202或组合导管直叶片邻近的一个的前缘，从而限制排气沿翼展方向Sp的流动。气流方向St与前缘的尖端相切，而翼展方向Sp与气流方向St垂直(例如，正交等)。该翼展方向限制与导管直叶片2202的顺应联接相结合。导管直叶片中心毂2206和护罩1308(两者都限制在壁法线方向上的流动)为每个导管直叶片2202形成导管。每个导管具有四个侧面：第一侧由一导管直叶片2202或组合导管直叶片限定，第二侧由导管直叶片中心毂2206限定，第三侧由护罩1308或文丘里管主体302限定，第四侧由另一个导管直叶片2202或组合导管直叶片限定。每个导管有效地引导排气。在各种实施例中，导管直叶片混合器2200用于第一流动装置206中以代替主混合器309。在其他实施例中，导管直叶片2202不联接到护罩1308，而是连接到文丘里管主体302并与其相符。在这些实施例中，导管直叶片2202替代地联接到文丘里管主体302并与文丘里管主体302相符。在这样的实施例中，代替辅助混合器1106或除辅助混合器1106之外还使用导管直叶片混合器2200。
在一些实施例中，导管直叶片混合器2200包括两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个或更多个导管直叶片2202。与主叶片310类似，每个导管直叶片2202由叶片角度限定。可以改变这些叶片角度，使得可以形成如关于上面组合的主叶片1700相关所描述的组合的管道直叶片(未示出)。在一些实施例中，导管直叶片混合器2200包括一个、两个、三个或更多个组合导管叶片。在其他实施例中，导管直叶片混合器2200不包括组合导管叶片。在一示例性实施例中，导管直叶片混合器2200包括三个导管直叶片2202和一组合导管直叶片。
导管直叶片中心毂2206可以以混合器中心轴1302为中心或从混合器中心轴1302偏离。例如，导管直叶片中心毂2206可以在主体中心轴1300上居中，并因此以径向偏移hr偏离混合器中心轴1302。导管直叶片2202和/或组合导管直叶片可围绕导管直叶片中心毂2206对称或不对称地布置。
导管直叶片2202和组合导管直叶片中的每一个在相邻导管直叶片2202或组合导管直叶片上延伸。该距离在图22A中视为延伸距离Esw。延伸距离Esw表示为距离轴(例如，主体中心轴1300，混合器中心轴1302等)给定距离处的单个导管直叶片2202的流动方向St上的宽度的百分比，导管直叶片中心毂2206居中于轴。在各种实施例中，该延伸距离Esw距离轴给定距离处的单个导管直叶片2202的流动方向St上的宽度的0％至75％之间(包括端值)，导管直叶片中心毂2206居中于轴。
导管直叶片混合器2200即使在每个导管直叶片2202的较低叶片角度下也提供相对高的旋流速度，从而提供与较低压降的还原剂的增强混合。由导管直叶片2202和组合导管直叶片提供的高旋流速度的另一个好处是高旋流速度减轻了导管直叶片混合器2200下游的沉积物的积聚(例如，沿着文丘里管主体302，沿着护罩1308等)。
导管直叶片2202和组合导管直叶片中的每一个由相对于轴的流向角αsa限定，导管直叶片中心毂2206以轴线居中(例如，主体中心轴1300、混合器中心轴1302等)。在各种实施例中，流向角αsa在30°和90°之间(包括端值)。可以选择导管直叶片2202和组合导管直叶片的每个流向角αsa，使得第一流动装置206适合于目标应用。
对于每个导管直叶片2202和/或组合导管直叶片，流向角αsa和流向延伸距离Esw可以不同。可以选择每个导管直叶片2202和/或组合导管直叶片的流向角αsa和流向延伸距离Esw的，以便产生排气的不对称涡流，以引导排气的流动(例如，朝向多级混合器200中的目标位置等，以更均匀地分配排气内的还原剂，和/或减少第一流动装置206和/或多级混合器200内的沉积物(例如，在文丘里管主体302上等)。
导管直叶片2202和/或组合导管直叶片可以使用铸造(例如熔模铸造、消失模铸造、砂模铸造等)和/或3D打印来构造。例如，导管直叶片混合器2200可以使用3D打印机通过使用文件来打印，该文件指定导管直叶片2202的数量、组合导管直叶片的数量、导管直线叶片2202和组合导管直叶片每一个的流向角αsa，以及导管直叶片2202和组合导管直叶片每一个的流向延伸Esw。
图23示出根据示例实施例的弯曲叶片混合器2300。应理解的是，参照图23所示和描述的弯曲叶片混合器2300可包括在本文所讨论的多级混合器200的任何实施例中。
在各种实施例中，弯曲叶片混合器2300用于第一流动装置206中以代替辅助混合器1106或主混合器309。然而，弯曲叶片混合器2300可以附加地或替代地用于其他流动装置(例如，第二流动装置208、第三流动装置210、第四流动装置212等)。
弯曲叶片混合器2300包括多个弯曲叶片2302和组合弯曲叶片2304。在一些实施例中，弯曲叶片混合器2300包括弯曲叶片2302中的两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个或更多个。在一些实施例中，弯曲叶片混合器2300包括组合弯曲叶片2304中的一个、两个、三个或更多个。在其他实施例中，弯曲叶片混合器2300不包括组合弯曲叶片2304。在示例性实施例中，弯曲叶片混合器2300包括三个弯曲叶片2302和一组合弯曲叶片2304。
每一个弯曲叶片2302和组合弯曲叶片2304附接到弯曲叶片中心毂2306，该中心毂2306以多级混合器200的中心轴为中心。弯曲叶片2302和/或组合弯曲叶片2304可关于弯曲叶片中心毂2306对称或不对称地布置。与导管直叶片2202类似，弯曲叶片2302和组合弯曲叶片2304每一个可以重叠。每一个弯曲叶片2302和组合弯曲叶片2304在相邻的弯曲叶片2302或组合弯曲叶片2304上延伸本文描述的延伸距离Esw。
弯曲叶片2302和组合弯曲叶片2304具有弯曲或流线形状，其减小了排气的压降并且有助于在弯曲叶片混合器2300下游的流动更均匀分布，例如沿着弯曲叶片混合器2300的中心轴。
每个弯曲叶片2302由相对于弯曲叶片中心毂2306的弯曲叶片中心毂中心轴的弯曲叶片角αcv限定。类似地，组合弯曲叶片2304可以由相对于弯曲叶片中心毂2306的弯曲叶片中心毂中心轴的弯曲叶片角αcv限定。由于弯曲叶片2302和组合弯曲叶片2304的弯曲特性，弯曲叶片角αcv是可变的。弯曲叶片2302和组合弯曲叶片2304的每一个的弯曲叶片角度αcv可以与其他弯曲叶片2302和其他组合弯曲叶片2304的弯曲叶片角度αcv不同。
弯曲叶片2302和/或组合弯曲叶片2304可以使用铸造和/或3D打印来构造。例如，弯曲叶片混合器2300可以使用3D打印机通过使用文件来打印，该文件指定弯曲叶片2302的数量、组合弯曲叶片2304的数量、以及弯曲叶片2302和组合弯曲叶片2304中每一个的弯曲叶片角度αcv。在各种实施例中，弯曲叶片2302和/或组合弯曲叶片2304可设计成在沿着弯曲叶片2302或组合弯曲叶片2304的每个点处保持切向角恒定，或者使弯曲叶片2302或组合弯曲叶片2304上的空气学阻力最小化。在一个实施例中，3D打印或铸造弯曲叶片2303可以插入文丘里管主体302中并焊接到第一支撑凸缘304。
图24示出了弯曲叶片混合器2300的剖视图。在弯曲叶片中心毂2306附近的第一位置处的弯曲叶片角αcv相对于弯曲叶片中心毂2306的毂中心轴示出为角度αcv1和在靠近弯曲叶片2302末端边缘的第二位置处的弯曲叶片角度αcv相对于弯曲叶片中心毂2306的毂中心轴视为角度αcv2。角度αcv1不同于(例如，小于等)角度αcv2。基于沿弯曲叶片2302的弯曲叶片角度αcv(例如，角度αcv1，角度αcv2等)计算相对于弯曲叶片中心轮毂2306的毂中心轴的有效弯曲叶片角度αcve。通过在弯曲叶片中心毂2306附近使用较小的弯曲叶片角αcv，减少了排气的压降和沉积物形成的可能性。类似地，通过使用更大的弯曲叶片角αcv，弯曲叶片混合器2300下游的排气的旋流增加。以这种方式，可以优化弯曲叶片2302和/或组合弯曲叶片2304以产生通过目标均匀性指数平衡目标压降的旋流。
图25和图26示出了公共中心毂2500。应该理解的是，参考图25和图26所示和描述的公共中心毂2500可包括在本文所讨论的多级混合器200的任何实施例中。
公共中心轮毂2500可以实施为本文所述的任何其他中心轮毂(例如，主叶片中心轮毂313、辅助叶片中心轮毂1109、导管直叶片中心轮毂2206、弯曲叶片中心轮毂2306等)。公共中心轮毂2500由直径dgch和长度lgch限定。在各种实施例中，选择直径dgch使得
0.05dv≤dgch≤0.5dv (21)
并且选择长度lgch使得
0.02dv≤lgch≤0.5dv (22)
公共中心毂2500包括圆柱形部分2502和圆锥形部分2504。通过结合圆锥形部分2504，公共中心毂2500可以通过允许额外的流动流至旋流的核心(例如，在公共中心毂2500的下游等)来促进减少排气的压降。圆锥形部分2504由圆锥角限定。在各种实施例中，圆锥角在10°和50°之间(包括端值)。在各种实施例中，公共中心毂2500是圆锥形或其他类似的流线形。
在各种实施例中，公共中心毂2500包括多个凹槽2506。凹槽2506是公共中心毂2500中的凹陷(例如，凹槽、切口、通道、雕刻等)。在示例性实施例中，凹槽2506包含在圆柱形部分2502内并且不延伸到圆锥形部分2504上。在其他实施例中，凹槽不包含在圆柱形部分2502内并且位于圆锥形部分2504上。
每个凹槽2506容纳公共叶片2600。凹槽2506以一致的方式容纳公共叶片2600，使得排气流遵循公共叶片2600的几何形状，从而减轻在公共中心轮毂2500和公共叶片2600之间的排气泄漏并提供相对高程度的结构耐久性。
公共叶片2600可以实施为本文所述的任何其他叶片(例如，主叶片310、互补叶片1100、辅助叶片1108、导管直叶片2202、组合导管直叶片、弯曲叶片2302、组合弯曲叶片2304等)，以及本文所述的任何其他叶片。每个公共叶片2600可以在凹槽2506内附接到公共中心毂2500。例如，公共叶片2600可以焊接到凹槽2506。
凹槽2506使得多级混合器装置200的制造更快且更连续。具体地，对供制造商而言，将公共叶片2600定位在凹槽2506中然后将公共叶片2600附接到凹槽2506比可能没有凹槽2506更容易控制(例如，因为这种控制可以通过精确的工具实现等)。此外，凹槽2506可以促进低成本或快速制造技术，例如激光焊接，用于将公共叶片2600联接到公共中心毂2500。
图27示出了第一穿孔支撑凸缘2700。应该理解的是，参照图27所示和描述的第一穿孔支撑凸缘2700可包括在本文所讨论的多级混合器200的任何实施例中。
在各种实施例中，第一穿孔支撑凸缘2700用于第一流动装置206中以代替第一支撑凸缘304。然而，第一穿孔支撑凸缘2700可以附加地或替代地用于其他流动装置(例如，第二流动装置208、第三流动装置210、第四流动装置212等)。与第一支撑凸缘304不同，第一穿孔支撑凸缘2700构造成便于排气通过第一穿孔支撑凸缘2700，从而有助于围绕文丘里管主体302的一些排气的旁通。
第一穿孔支撑凸缘2700在图27中示出，代替第一支撑凸缘304。因此，第一穿孔支撑凸缘2700联接到主混合器309附近的文丘里管主体302。第一穿孔支撑凸缘2700包括至少一个第一穿孔2702(例如，孔口、孔等)。每个第一穿孔2702延伸穿过第一穿孔支撑凸缘2700，使得排气可以经由第一穿孔2702穿过第一穿孔支撑凸缘2700。
第一穿孔2702用于减少排气的压降，并促进主混合器309下游的流动更均匀的分布，例如沿主混合器309的中心轴。第一穿孔2702还用于在多级混合器200的主体上产生相对高的排气剪切，从而减轻多级混合器200的多级混合器出口204附近的沉积物的累积。
在各种实施例中，第一穿孔支撑凸缘2700包括1至25之间(包括端值)的第一穿孔2702。第一穿孔2702可以是圆形、方形、六边形、五边形或其他类似形状。在各种实施例中，第一穿孔2702中的每一个具有0.1英寸至1英寸之间的直径(包括端值)。
第一穿孔2702设置在第一穿孔支撑凸缘2700的下周边2704上。下周边2704可以是第一穿孔支撑凸缘2700的位于主混合器309下方的区域(例如，相对于端口216等)。然而，第一穿孔2702可以附加地或替代地位于第一穿孔支撑凸缘2700的其他区域上，例如主混合器309上方的顶部周边或至主混合器309的一侧的侧周边。在各种实施例中，第一穿孔2702围绕主混合器309以同心弧对齐(例如，使得第一穿孔2702中的每一个与多级混合器200等距间隔开等)。
通过改变尺寸(例如，直径等)、位置和第一穿孔2702的数量，可执行第一流动装置206目标混合性能优化(例如，基于计算流体动力学分析等)、目标沉积物形成(例如，在目标时间段内形成的目标沉积物量等)、目标均匀性指数和目标压降(例如，比较第一流动装置206上游的排气压力的与第一流动装置206下游的排气压的压力等)，使得第一流动装置206可以针对目标应用而定制。
图28示出了第二穿孔支撑凸缘2800。应该理解的是，参照图28所示和描述的第二穿孔支撑凸缘2800可包括在本文所讨论的多级混合器200的任何实施例中。
在各种实施例中，第二穿孔凸缘2800用于第一流动装置206中以代替第一支撑凸缘304。然而，第二穿孔支撑凸缘2800可以附加地或替代地用于其他流动装置(例如，第二流动装置208、第三流动装置210、第四流动装置212等)。
第二穿孔支撑凸缘2800在图28中示出，代替第一支撑凸缘304。因此，第二穿孔支撑凸缘2800联接到主混合器309附近的文丘里管主体302。第二穿孔支撑凸缘2800包括至少一个第二穿孔2802(例如，孔口、孔等)。每个第二穿孔2802延伸穿过第二穿孔支撑凸缘2800，使得排气可以经由第二穿孔2802穿过第二穿孔支撑凸缘2800。
第二穿孔2802用于减少排气的压降，并促进主混合器309下游的流动更均匀的分布，例如沿主混合器309的中心轴。第二穿孔2802还用于在文丘里管主体302上产生相对高的排气剪切，使得在剪切力和旋流可能另外导致沉积物形成的区域中减少文丘里管主体302上的沉积物的累积。另外，第二穿孔2802靠近文丘里管主体302的位置使得文丘里管主体302从排气接收额外的热量。
在各种实施例中，第二穿孔支撑凸缘2800包括1至25之间(包括端值)的第二穿孔2802。第二穿孔2802可以是圆形、方形、六边形、五边形或其他类似形状。在各种实施例中，第二穿孔2802中的每一个具有0.1英寸至1英寸(包括端值)之间的直径。可以通过冲压操作形成至少一些(例如，全部等)第二穿孔2802。该冲压操作为每个第二穿孔2802提供波纹状的入口和向外展开的出口。尽管未在图28中示出，每个第二穿孔2802可包括翼片，类似于第六流动装置叶片908。
第二穿孔2802设置在第二穿孔支撑凸缘2800的边缘周边2804上。边缘周边2804可以是第二穿孔支撑凸缘2800至主混合器309的侧面(例如，相对于端口216等)的区域。然而，第二穿孔2802可以附加地或替代地位于第二穿孔支撑凸缘2800的其他区域上，例如主混合器309上方的顶部周边或主混合器309的底部周边。在各种实施例中，第二穿孔2802围绕主混合器309以同心弧对齐(例如，使得第二穿孔2802中的每一个与多级混合器200等距间隔开)。
通过改变位置、尺寸(例如，直径等)、第二穿孔2802的数量，可执行第一流动装置206目标混合性能优化(例如，基于计算流体动力学分析等)、目标沉积物形成(例如，在目标时间段内形成的目标沉积物量等)、目标均匀性指数和目标压降(例如，比较第一流动装置206上游的排气压力的与第一流动装置206下游的排气压的压力等)，使得第一流动装置206可以针对目标应用而定制。在各种实施例中，所有第二穿孔2802的开口区域是
Figure GDA0003352164450000411
其中nperf是第二穿孔2802的数量，而dperf是每个第二穿孔2802的直径。Aperf和压降之间的关系，以及Aperf和均匀度指数之间的关系如图29所示，其中Atot是第二穿孔支撑凸缘2800的总面积。
图30示出了第三穿孔支撑凸缘3000。应该理解的是，参照图28所示和描述的第三穿孔支撑凸缘3000可包括在本文所讨论的多级混合器200的任何实施例中。
第三穿孔支撑凸缘3000与本文描述的第二穿孔支撑凸缘2800相似。在各种实施例中，第三孔凸缘3000用于第一流动装置206中以代替第一支撑凸缘304。然而，第三穿孔支撑凸缘3000可以附加地或替代地用于其他流动装置(例如，第二流动装置208、第三流动装置210、第四流动装置212等)。与第一支撑凸缘304不同，第三穿孔支撑凸缘3000构造成便于排气通过第三穿孔支撑凸缘3000，从而有助于围绕文丘里管主体302的一些排气的旁通。
第三穿孔支撑凸缘3000在图30中示出，代替第一支撑凸缘304。因此，第三穿孔支撑凸缘3000联接到主混合器309附近的文丘里管主体302。第三穿孔支撑凸缘3000包括至少一个第三穿孔3002(例如，孔口、孔等)。每个第三穿孔3002延伸穿过第三穿孔支撑凸缘3000，使得排气可以经由第二穿孔2802穿过第三穿孔支撑凸缘3000。前面第二穿孔2802的描述类似地适用于第三穿孔3002和第一穿孔2702。在各种实施例中，第三穿孔3002沿弧等距间隔，弧相对于第一流动装置206和/或多级混合器200的中心轴从60度跨越300度。
图31和图32描述根据示例性实施例的护罩叶片混合器3100。应理解的是，参照图31-33所示和描述的护罩叶片混合器3100可包括在本文所讨论的多级混合器200的任何实施例中。
图31示出了护罩叶片混合器3100的剖视图。在各种实施例中，护罩叶片混合器3100用于第一流动装置206中以代替辅助混合器1106或主混合器309。然而，护罩叶片混合器3100可以附加地或替代地用于其他流动装置(例如，第二流动装置208、第三流动装置210、第四流动装置212等)。
护罩叶片混合器3100包括多个护罩叶片3102和组合护罩叶片3104。在一些实施例中，护罩叶片混合器3100包括护罩叶片3102中的两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个或更多个。在一些实施例中，护罩叶片混合器3100包括组合的护罩叶片3104中的一个、两个、三个或更多个。在其他实施例中，护罩叶片混合器3100不包括组合的护罩叶片3104。在示例性实施例中，护罩叶片混合器3100包括三个护罩叶片3102和一组合护罩叶片3104。
每个护罩叶片3102和组合护罩叶片3104附接到护罩叶片中心毂3106，该中心毂2306以多级混合器200的中心轴为中心。护罩叶片3102和/或组合护罩叶片3104可关于护罩叶片中心毂3106对称或不对称地布置。与导管直叶片2202类似，每一个护罩叶片3102和组合护罩叶片3104可以重叠。
护罩叶片混合器3100包括凹槽2908。凹槽2908构造成当护罩叶片混合器3100安装在多级混合器200中时配合在排气引导孔306周围。
护罩叶片混合器3100将混合器(例如，辅助混合器1106，主混合器309等)的功能与护罩(例如，护罩1308等)的功能组合在单个部件中。以这种方式，护罩叶片混合器3100可以降低多级混合器200的成本(例如，制造成本等)和制造复杂性。另外，将混合器和护罩组合在单个部件中，护罩叶片混合器3100降低了护罩叶片3102的叶片角度的制造公差，从而减小了不同护罩叶片混合器3100之间的可变性。贯穿护罩叶片3102的每个护罩叶片3102的厚度可以是恒定的或可变的，例如沿着护罩叶片3102垂直或沿着带护罩的叶片3102水平。在各种实施例中，护罩叶片3102具有1.5mm至6mm之间(包括端值)的厚度。类似的，在各种实施例中，每个护罩叶片3102的边缘具有0.5mm至3mm之间(包括端值)的半径。该半径可以减少排气的流动分离，减少还原剂沉积物的积聚，并减少护罩叶片3102和/或护罩1318上的应力集中。
图33示出了根据示例性实施例的安装在多级混合器装置200中的护罩叶片混合器3100。在该实施例中，护罩叶片中心毂3106以主体中心轴1300为中心，并且主体中心轴1300以角度β偏离混合器中心轴1302。如图33所示，角度β是正角度，使得护罩叶片混合器3100在多级混合器200内向上倾斜。在各种实施例中，角度β在0°和15°之间(包括端值)。在其他实施例中，角度β是负的，使得带罩叶片混合器3100在多级混合器200内向下倾斜。在各种实施例中，角度β在0°和15°之间(包括端值)。在其他实施例中，护罩叶片混合器3100可以倾斜到任一侧，或者前述方向的一些组合。
IV.示例实施例的解释
尽管说明书包含许多特定的实施方式细节，但这些不应该被解释为对权利要求范围的限制，而是作为特定的将实施方式的技术特征的描述。在本说明书中在单独实现的上下文中描述的某些特征也可以在单个实现中组合实现。相反地，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可以在多个实现中单独或以任何合适的子组合来实现。此外，虽然特征可以在描述为以某些组合起作用并且甚至最初要求如此，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征可以在一些情况下从该组合中删除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或变型的子组合。
如本文所使用的，术语“基本上”、“大约”和类似的术语旨在具有广泛的含义，与本公开的主题所属领域的普通技术人员的普通和公认的用法相一致。阅读本公开的本领域技术人员应该理解，这些术语旨在允许描述和要求保护的某些特征，而不将这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围。因此，这些术语应该被解释为表明对所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或变更被认为是在所附权利要求书所述的本发明的范围内。
如本文所使用的术语“联接”、“联接于”等意味着两个部件直接或间接地彼此连接。这种连接可以是静止的(例如永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。这样的连接可以通过两个部件或者两个部件和任何另外的中间部件彼此一体地形成为单个整体，通过两个部件或者两个部件和任何另外的中间部件相互连接来实现。
如本文所用的术语“流体联接”，“流体连通”等意味着两个部件或物体具有在两个部件或物体之间形成的通路，其中流体例如排气、水、空气、气体还原剂、气态氨等可以在有或没有中间组分或物体的情况下流动。用于实现流体连通的流体联接或配置的示例可以包括用于使得流体能够从一个部件或物体流到另一个部件或物体的管道，通道或任何其他合适的部件。如本文所述，“防止”应该被解释为潜在地允许最小程度地绕过(例如，小于1％)的排气。
重要的是要注意，各种示例性实现中所示的系统的构造和布置仅是说明性的而不是限制性的。落在所描述的实施方式的精神和/或范围内的所有改变和修改都希望被保护。应该理解的是，一些特征可能不是必需的，并且缺乏各种特征的实现可以被认为是在本申请的范围内，所述范围由随后的权利要求限定。当使用语言“一部分”时，除非特别指出相反，否则该项目可以包括一部分和/或整个项目。

Claims (35)

1.一种多级混合器，其特征在于，包括
多级混合器入口，所述多级混合器入口构造为接收排气,所述多级混合器入口以第一轴为中心；
多级混合器出口，所述多级混合器出口构造为将所述排气提供至催化剂,所述多级混合器出口以所述第一轴为中心；
第一流动装置，所述第一流动装置构造为从所述多级混合器入口接收所述排气并接收还原剂，使得所述还原剂部分地与所述第一流动装置中的所述排气混合，所述第一流动装置包括：
多个主叶片；
多个主叶片孔口，所述多个主叶片孔口在多个主叶片之间间隔，所述的多个主叶片孔构造为接收所述排气并与所述多个主叶片配合以为了来自所述第一流动装置的所述排气提供第一旋流，其有助于所述还原剂和所述排气的混合；
主体入口，所述主体入口包括第一直径；
主体出口，所述主体出口包括小于第一直径的第二直径；以及
截头圆锥形护罩，所述截头圆锥形护罩与所述主体出口相接;以及
第二流动装置，所述第二流动装置构造为从所述第一流动装置接收所述排气和所述还原剂，所述第二流动装置包括多个第二流动装置孔口，其配置为借由所述多级混合器出口将所述排气和所述还原剂从所述第二流动装置的提供至所述催化剂。
2.根据权利要求1所述的多级混合器，其特征在于：
所述多个主叶片孔口共同定义第一开口区域；
其中，所述多个第二流动装置孔口共同限定第二开口区域；以及
其中所述第一开口区域等于所述第二开口区域。
3.根据权利要求1所述的多级混合器，其特征在于，还包括排气引导件，所述排气引导件与所述第一流动装置联接，所述排气引导件构造为从多级混合器入口接收所述排气，并且构造成使排气接触所述还原剂，使得所述还原剂通过所述排气推入所述第一流动装置。
4.根据权利要求1所述的多级混合器，其特征在于，所述第一流动装置还包括：
多个辅助叶片；和
多个辅助叶片孔口，所述多个辅助叶片孔口在多个辅助叶片之间间隔，所述的多个辅助叶片孔口构造为接收所述排气并与所述多个辅助叶片配合以为进入所述第一流动装置的排气提供第二旋流，其有助于所述还原剂和所述排气的混合。
5.根据权利要求4所述的多级混合器，其特征在于，所述第二旋流相对于所述第一旋流是逆旋流。
6.根据权利要求4所述的多级混合器，其特征在于，所述第二旋流相对于所述第一旋流是共旋流。
7.根据权利要求4所述的多级混合器，其特征在于：
所述多个辅助叶片位于所述主体入口附近并且所述多个主叶片位于所述主体出口附近。
8.根据权利要求4所述的多级混合器，其特征在于：
所述多级混合器以混合器中心轴为中心；
所述第一流动装置以主体中心轴为中心；以及
所述主体中心轴从所述混合器中心轴偏离或相对于所述混合器中心轴成角度。
9.根据权利要求4所述的多级混合器，其特征在于，所述第一流动装置还包括第一支撑凸缘，所述第一支撑凸缘构造成将所述第一流动装置固定在所述多级混合器内，所述第一支撑凸缘构造成在所述第一流动装置和所述多级混合器之间建立密封。
10.根据权利要求9所述的多级混合器，其特征在于，所述第一支撑凸缘包括多个第一穿孔，所述第一穿孔构造成便于排气通过其中。
11.根据权利要求9或10所述的多级混合器，其特征在于，所述第一流动装置还包括第二支撑凸缘，所述第二支撑凸缘包括：
多个第二支撑凸缘孔口，所述多个第二支撑凸缘孔口构造成便于排气通过其中；以及
多个第二支撑凸缘连接器，所述多个第二支撑凸缘连接器构造成将所述第一流动装置固定在所述多级混合器内。
12.根据权利要求11所述的多级混合器，其特征在于：
所述第二支撑凸缘位于所述主体入口附近并且所述第一支撑凸缘位于所述主体出口附近。
13.一种多级混合器，其特征在于，包括
多级混合器入口，所述多级混合器入口构造为接收排气，所述多级混合器入口以第一轴为中心；
多级混合器出口，所述多级混合器出口构造为将所述排气提供至催化剂，所述多级混合器出口以所述第一轴为中心；以及
第一流动装置，所述第一流动装置构造为从所述多级混合器入口接收所述排气并构造成接收还原剂，使得所述还原剂部分地与所述第一流动装置中的所述排气混合，所述第一流动装置包括：
文丘里管主体，所述文丘里管主体由靠近所述多级混合器入口的主体入口和靠近所述多级混合器出口的主体出口限定，所述文丘里管主体包括排气引导件孔口，所述排气引导件孔口被构造为接收所述还原剂；
多个主叶片，所述多个主叶片位于所述文丘里管主体内并靠近所述主体出口；
多个主叶片孔口，所述多个主叶片孔口在所述多个主叶片之间间隔，所述的多个主叶片孔口构造为接收所述排气并与所述多个主叶片配合以为来自所述第一流动装置的所述排气提供第一旋流，其有助于所述还原剂和所述排气的混合；
多个辅助叶片，所述多个辅助叶片位于所述文丘里管主体内并接近所述主体入口；以及
多个辅助叶片孔口，所述多个辅助叶片孔口在多个辅助叶片之间间隔，所述的多个辅助叶片孔口构造为接收所述排气并与所述多个辅助叶片配合以为进入所述文丘里管主体的排气提供第二旋流，其有助于所述还原剂和所述排气的混合；
其中所述排气引导件孔口位于所述多个辅助叶片和所述多个主叶片之间。
14.根据权利要求13所述的多级混合器，其特征在于：
所述多级混合器以混合器中心轴为中心；
所述文丘里管主体以主体中心轴为中心；以及
所述主体中心轴从所述混合器中心轴偏离或相对于所述混合器中心轴成角度。
15.根据权利要求13所述的多级混合器，其特征在于：
所述文丘里管主体包括与所述主体出口相接的截头圆锥形护罩；
所述主体入口具有第一直径；以及
所述主体出口具有小于所述第一直径的第二直径。
16.根据权利要求13所述的多级混合器，其特征在于：
所述第一流动装置还包括排气导向件，所述排气导向件与所述文丘里管主体联接；
其中所述排气引导件环绕所述排气引导件孔口定位；
其中所述排气引导件构造成从所述文丘里管主体外部分别接收排气和还原剂，在排气引导件中将文丘里管体外部接收的排气和还原剂混合，并将混合的排气和还原剂提供到文丘里的主体。
17.一种多级混合器，其特征在于，包括
多级混合器入口，所述多级混合器入口构造为接收排气，所述多级混合器入口以第一轴为中心；
多级混合器出口，所述多级混合器出口构造为将所述排气提供至催化剂，所述多级混合器出口以所述第一轴为中心；以及
第一流动装置，所述第一流动装置构造为从所述多级混合器入口接收排气并接收还原剂，使得所述还原剂部分地与所述第一流动装置中的所述排气混合，所述第一流动装置包括：
文丘里管主体，所述文丘里管主体由接近所述多级混合器入口的主体入口以及接近所述多级混合器出口的主体出口限定并且包括排气引导件孔口，所述排气引导件孔口沿着所述文丘里管主体设置在所述主体入口和所述主体出口之间；
多个主叶片，所述多个主叶片位于所述文丘里管主体内并靠近所述主体出口；
多个主叶片孔口，所述多个主叶片孔口在所述多个主叶片之间间隔，所述的多个主叶片孔口构造为接收所述排气并与所述多个主叶片配合以为来自所述第一流动装置的所述排气提供旋流，其有助于所述还原剂和所述排气的混合；以及
排气引导件，所述的排气引导件与环绕所述排气引导件孔口的所述文丘里管主体联接，所述排气引导件构造成从所述文丘里管主体外部分别接收排气和还原剂，在排气引导件中将来自文丘里主体外部接收的排气和还原剂混合，并将混合的排气和还原剂提供到所述文丘里管主体。
18.根据权利要求17所述的多级混合器，其特征在于：
所述多级混合器以混合器中心轴为中心；
所述文丘里管主体以主体中心轴为中心；以及
所述主体中心轴从所述混合器中心轴偏离或相对于所述混合器中心轴成角度。
19.根据权利要求17所述的多级混合器，其特征在于：
文丘里管所述文丘里管主体包括与所述主体出口相接的截头圆锥形护罩；
所述主体入口具有第一直径；以及
所述主体出口具有小于所述第一直径的第二直径。
20.根据权利要求19所述多级混合器，其特征在于，所述文丘里管主体包括与所述主体入口邻接的漏斗边缘，并构造为将排气漏入所述主体入口。
21.根据权利要求17所述的多级混合器，其特征在于：
多个主叶片中的每一个联接到主叶片中心毂；
多个主叶片中的每一个由相对于所述主叶片中心毂的毂中心轴的主叶片角度限定；
所述多个主叶片中的每个的主叶片角度在0°和45°之间，包括端值；以及
所述多个主叶片中的一个主叶片的所述主叶片角度与所述多个主叶片中的另一个的主叶片角度不同。
22.根据权利要求21所述的多级混合器，其特征在于，所述多个主叶片中的每一个联接到文丘里管主体并与其相符。
23.一种多级混合器，其特征在于，包括
多级混合器入口，所述多级混合器入口构造为接收排气，所述多级混合器入口以第一轴为中心；
多级混合器出口，所述多级混合器出口构造为将所述排气提供至催化剂，所述多级混合器出口以所述第一轴为中心；以及
第一流动装置，所述第一流动装置构造为从所述多级混合器入口接收排气并接收还原剂，使得所述还原剂部分地与所述第一流动装置中的所述排气混合，所述第一流动装置包括：
文丘里管主体，所述文丘里管主体由接近所述多级混合器入口的主体入口以及接近所述多级混合器出口的主体出口限定并且包括排气引导件孔口，所述排气引导件孔口沿着所述文丘里管主体设置在所述主体入口和所述主体出口之间；
多个导管直叶片，所述多个导管直叶片定位在文丘里管主体内并靠近所述主体出口，所述多个导管直叶片构造成与所述排气接合并且为来自所述第一流动装置的排气提供旋流，其促进所述还原剂和所述排气的混合；和
排气引导件，所述的排气引导件与环绕所述排气引导件孔口的所述文丘里管主体联接，所述排气引导件构造成从所述文丘里管主体外部分别接收排气和还原剂，在所述排气引导件中混合从所述文丘里管主体外部接收的所述排气和所述还原剂，并将混合的排气和还原剂提供到所述文丘里管主体。
24.根据权利要求23所述的多级混合器，其特征在于：
所述多级混合器以混合器中心轴为中心；
所述文丘里管主体以主体中心轴为中心；以及
所述主体中心轴从所述混合器中心轴偏离或相对于所述混合器中心轴成角度。
25.根据权利要求23所述的多级混合器，其特征在于：
文丘里管主体，所述文丘里管主体包括与所述主体出口相接的截头圆锥形护罩；
所述主体入口具有第一直径；以及
所述主体出口具有小于所述第一直径的第二直径。
26.根据权利要求25所述多级混合器，其特征在于，所述文丘里管主体包括与所述主体入口邻接的漏斗边缘，并构造为将排气漏斗进入所述主体入口。
27.根据权利要求23所述的多级混合器，其特征在于：
所述多个导管直叶片中的每一个联接到导管直叶片中心毂；
所述多个导管直叶片中的每一个由相对于所述导管直叶片中心毂的毂中心轴的流向角限定；
所述多个导管直叶片中的每个的流向角在30°和90°之间，包括端值；以及
所述多个导管直叶片中的一个的流向角与所述多个导管直叶片中的另一个的流向角不同。
28.根据权利要求23所述的多级混合器，其特征在于，所述多个导管直叶片中的每一个联接到所述文丘里管主体并与所述文丘里管主体相符，使得所述多个导管直叶片中的每一个与所述文丘里管主体配合以形成导管。
29.根据权利要求23所述的多级混合器，其特征在于：
所述多个导管直叶片中的一个在所述多个导管直叶片中的另一个上延伸一延伸距离；
所述多个导管直叶片中的一个具有流动方向的宽度；以及
所述延伸距离在所述多个导管直叶片中一个的流动方向上的宽度的0%和75%之间，包括端值。
30.一种多级混合器，其特征在于，包括
多级混合器入口，所述多级混合器入口构造为接收排气,所述多级混合器入口以第一轴为中心；
多级混合器出口，所述多级混合器出口构造为将所述排气提供至催化剂,所述多级混合器出口以所述第一轴为中心；
第一流动装置，所述第一流动装置构造为从所述多级混合器入口接收所述排气并接收还原剂，使得所述还原剂部分地与所述第一流动装置中的所述排气混合，所述第一流动装置包括：
第一混合器，所述第一混合器包括多个主叶片，和
多个主叶片孔口，所述多个主叶片孔口在多个主叶片之间间隔，所述的多个主叶片孔构造为接收所述排气并与所述多个主叶片配合以为了来自所述第一流动装置的所述排气提供第一旋流，其有助于所述还原剂和所述排气的混合，和
所述第一混合器上游的第二混合器，所述第二混合器包括：
多个辅助叶片；以及
多个辅助叶片孔口，所述多个辅助叶片孔口在多个辅助叶片之间间隔，所述的多个辅助叶片孔口构造为接收所述排气并与所述多个辅助叶片配合以为进入所述第一流动装置的排气提供第二旋流，所述第二旋流相对于所述第一旋流是共旋流，其有助于所述还原剂和所述排气的混合；以及
第二流动装置，所述第二流动装置构造为从所述第一流动装置接收所述排气和所述还原剂，所述第二流动装置包括多个第二流动装置孔口，其配置为借由所述多级混合器出口将所述排气和所述还原剂从所述第二流动装置的提供至所述催化剂。
31.一种多级混合器，其特征在于，包括
多级混合器入口，所述多级混合器入口构造为接收排气,所述多级混合器入口以第一轴为中心；
多级混合器出口，所述多级混合器出口构造为将所述排气提供至催化剂,所述多级混合器出口以所述第一轴为中心；
第一流动装置，所述第一流动装置构造为从所述多级混合器入口接收所述排气并接收还原剂，使得所述还原剂部分地与所述第一流动装置中的所述排气混合，所述第一流动装置包括：
多个主叶片；
多个主叶片孔口，所述多个主叶片孔口在多个主叶片之间间隔，所述的多个主叶片孔构造为接收所述排气并与所述多个主叶片配合以为了来自所述第一流动装置的所述排气提供第一旋流，其有助于所述还原剂和所述排气的混合；
多个辅助叶片；以及
多个辅助叶片孔口，所述多个辅助叶片孔口在多个辅助叶片之间间隔，所述的多个辅助叶片孔口构造为接收所述排气并与所述多个辅助叶片配合以为进入所述第一流动装置的排气提供第二旋流，其有助于所述还原剂和所述排气的混合；
第二流动装置，所述第二流动装置构造为从所述第一流动装置接收所述排气和所述还原剂，所述第二流动装置包括多个第二流动装置孔口，其配置为借由所述多级混合器出口将所述排气和所述还原剂从所述第二流动装置的提供至所述催化剂；
其中所述多级混合器以混合器中心轴为中心；
其中所述第一流动装置以主体中心轴为中心；以及
其中所述主体中心轴从所述混合器中心轴偏离或相对于所述混合器中心轴成角度。
32.一种多级混合器，其特征在于，包括
多级混合器入口，所述多级混合器入口构造为接收排气,所述多级混合器入口以第一轴为中心；
多级混合器出口，所述多级混合器出口构造为将所述排气提供至催化剂,所述多级混合器出口以所述第一轴为中心；
第一流动装置，所述第一流动装置构造为从所述多级混合器入口接收所述排气并接收还原剂，使得所述还原剂部分地与所述第一流动装置中的所述排气混合，所述第一流动装置包括：
多个主叶片；
多个主叶片孔口，所述多个主叶片孔口在多个主叶片之间间隔，所述的多个主叶片孔构造为接收所述排气并与所述多个主叶片配合以为了来自所述第一流动装置的所述排气提供第一旋流，其有助于所述还原剂和所述排气的混合；
多个辅助叶片；以及
多个辅助叶片孔口，所述多个辅助叶片孔口在多个辅助叶片之间间隔，所述的多个辅助叶片孔口构造为接收所述排气并与所述多个辅助叶片配合以为进入所述第一流动装置的排气提供第二旋流，其有助于所述还原剂和所述排气的混合；
第一支撑凸缘，所述第一支撑凸缘构造成将所述第一流动装置固定在所述多级混合器内，所述第一支撑凸缘构造成在所述第一流动装置和所述多级混合器之间建立密封；以及
第二支撑凸缘，所述第二支撑凸缘包括：
多个第二支撑凸缘孔口，所述多个第二支撑凸缘孔口构造成便于排气通过其中；以及
多个第二支撑凸缘连接器，所述多个第二支撑凸缘连接器构造成将所述第一流动装置固定在所述多级混合器内；
第二流动装置，所述第二流动装置构造为从所述第一流动装置接收所述排气和所述还原剂，所述第二流动装置包括多个第二流动装置孔口，其配置为提供所述排气和所述还原剂。
33.根据权利要求32所述的多级混合器，其特征在于：
所述第一流动装置还包括：
主体入口；以及
主体出口；以及
所述第二支撑凸缘位于所述主体入口附近并且所述第一支撑凸缘位于所述主体出口附近。
34.一种多级混合器，其特征在于，包括
多级混合器入口，所述多级混合器入口构造为接收排气,所述多级混合器入口以第一轴为中心；
多级混合器出口，所述多级混合器出口构造为将所述排气提供至催化剂,所述多级混合器出口以所述第一轴为中心；
第一流动装置，所述第一流动装置构造为从所述多级混合器入口接收所述排气并接收还原剂，使得所述还原剂部分地与所述第一流动装置中的所述排气混合，所述第一流动装置包括：
多个主叶片；
多个主叶片孔口，所述多个主叶片孔口在多个主叶片之间间隔，所述的多个主叶片孔构造为接收所述排气并与所述多个主叶片配合以为了来自所述第一流动装置的所述排气提供第一旋流，其有助于所述还原剂和所述排气的混合；
多个辅助叶片；以及
多个辅助叶片孔口，所述多个辅助叶片孔口在多个辅助叶片之间间隔，所述的多个辅助叶片孔口构造为接收所述排气并与所述多个辅助叶片配合以为进入所述第一流动装置的排气提供第二旋流，其有助于所述还原剂和所述排气的混合；
第一支撑凸缘，所述第一支撑凸缘构造成将所述第一流动装置固定在所述多级混合器内，所述第一支撑凸缘构造成在所述第一流动装置和所述多级混合器之间建立密封，所述第一支撑凸缘包括多个第一穿孔，所述第一穿孔构造成便于排气通过其中；以及
第二支撑凸缘，所述第二支撑凸缘包括：
多个第二支撑凸缘孔口，所述多个第二支撑凸缘孔口构造成便于排气通过其中；以及
多个第二支撑凸缘连接器，所述多个第二支撑凸缘连接器构造成将所述第一流动装置固定在所述多级混合器内；
第二流动装置，所述第二流动装置构造为从所述第一流动装置接收所述排气和所述还原剂，所述第二流动装置包括多个第二流动装置孔口，其配置为提供所述排气和所述还原剂。
35.根据权利要求34所述的多级混合器，其特征在于：
所述第一流动装置还包括：
主体入口；以及
主体出口；以及
所述第二支撑凸缘位于所述主体入口附近并且所述第一支撑凸缘位于所述主体出口附近。
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