Simulación CFD de sistemas SCR utilizando un modelo de impacto basado en fracción de masa
Autores: Quissek, Max; Budziankou, Uladzimir; Pollak, Sebastian; Lauer, Thomas
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Simulación CFD de sistemas SCR utilizando un modelo de impacto basado en fracción de masa
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Dinámica de fluidos
Motor diésel
Reducción catalítica selectiva
Solución de urea-agua
Distribución de amoníaco
Modelo de impacto
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La dinámica de fluidos computacional (CFD) es una herramienta esencial para el desarrollo de sistemas de tratamiento de gases de escape de motores diésel que utilizan la reducción catalítica selectiva (SCR) para reducir los óxidos de nitrógeno (NOx). En el SCR a base de urea, se inyecta una solución líquida de urea-agua (UWS) en los gases de escape calientes, donde se transforma en amoníaco gaseoso. Este amoníaco actúa como un agente reductor para los NOx. Las simulaciones de CFD se utilizan para predecir la distribución de amoníaco en los gases de escape en la entrada del catalizador. El objetivo es lograr la mayor uniformidad posible para realizar una reducción homogénea de NOx a través de la sección transversal del catalizador. El trabajo actual se centra en la interacción de las gotas de UWS con las paredes calientes del sistema de escape. Esta es una parte crucial de la preparación de amoníaco gaseoso a partir de la UWS líquida inyectada. Tras investigaciones experimentales, se describe un nuevo modelo de impacto basado en la superposición de cuatro comportamientos básicos de impacto, cada uno con características individuales de gotas secundarias. La transferencia de calor gota-pared, dependiendo de la temperatura de la superficie y el comportamiento de impacto, también se calcula utilizando un modelo recién parametrizado. Aplicando el enfoque presentado, se simula el enfriamiento de una placa de acero por impacto de spray intermitente y se compara con las mediciones. El segundo caso de validación es la distribución de amoníaco en la entrada del catalizador de un sistema SCR automotriz. Ambas aplicaciones muestran un buen acuerdo y demuestran la calidad del nuevo modelo.
Descripción
La dinámica de fluidos computacional (CFD) es una herramienta esencial para el desarrollo de sistemas de tratamiento de gases de escape de motores diésel que utilizan la reducción catalítica selectiva (SCR) para reducir los óxidos de nitrógeno (NOx). En el SCR a base de urea, se inyecta una solución líquida de urea-agua (UWS) en los gases de escape calientes, donde se transforma en amoníaco gaseoso. Este amoníaco actúa como un agente reductor para los NOx. Las simulaciones de CFD se utilizan para predecir la distribución de amoníaco en los gases de escape en la entrada del catalizador. El objetivo es lograr la mayor uniformidad posible para realizar una reducción homogénea de NOx a través de la sección transversal del catalizador. El trabajo actual se centra en la interacción de las gotas de UWS con las paredes calientes del sistema de escape. Esta es una parte crucial de la preparación de amoníaco gaseoso a partir de la UWS líquida inyectada. Tras investigaciones experimentales, se describe un nuevo modelo de impacto basado en la superposición de cuatro comportamientos básicos de impacto, cada uno con características individuales de gotas secundarias. La transferencia de calor gota-pared, dependiendo de la temperatura de la superficie y el comportamiento de impacto, también se calcula utilizando un modelo recién parametrizado. Aplicando el enfoque presentado, se simula el enfriamiento de una placa de acero por impacto de spray intermitente y se compara con las mediciones. El segundo caso de validación es la distribución de amoníaco en la entrada del catalizador de un sistema SCR automotriz. Ambas aplicaciones muestran un buen acuerdo y demuestran la calidad del nuevo modelo.