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Simulación de eventos de reorganización dinámica en filtros de flujo de pared aplicando métodos de Lattice Boltzmann

Autores: Hafen, Nicolas; Marquardt, Jan E.; Dittler, Achim; Krause, Mathias J.

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico
2023

Simulación de eventos de reorganización dinámica en filtros de flujo de pared aplicando métodos de Lattice Boltzmann


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Filtros de flujo de pared
Capas de deposición
Proceso de regeneración
Canales de filtro
Patrones de deposición
Caída de presión

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Los filtros de flujo de pared se aplican en el tratamiento de los gases de escape de los motores de combustión interna para la eliminación de material particulado (PM). Con el tiempo, la caída de presión dentro de esos filtros aumenta debido al material sólido que se introduce continuamente, lo que forma capas de deposición de PM en el sustrato del filtro. Esto lleva a la necesidad de regenerar el filtro. Durante dicho proceso de regeneración, fragmentos de las capas de PM pueden reorganizarse potencialmente dentro de los canales individuales del filtro. Esto puede llevar a la formación de patrones de deposición específicos, que afectan la caída de presión del filtro, su capacidad de carga y la eficiencia de separación. El proceso de formación dinámica aún no se puede atribuir de manera consistente a factores de influencia específicos, y no existen modelos de cálculo apropiados que permitan cuantificar los respectivos factores. En el presente trabajo, se investiga el proceso de reorganización dinámica durante la regeneración de un canal de filtro de flujo de pared. Como una secuela directa de la investigación de una capa de deposición estática en un trabajo anterior, el presente también investiga el comportamiento dinámico tras el desprendimiento de fragmentos individuales de la capa, así como la formación de tapones en los canales. El objetivo de este trabajo es la extensión de la metodología de partículas resueltas utilizada en el trabajo anterior a través de un método discreto para tratar las interacciones partícula-partícula y partícula-pared con el fin de evaluar la influencia de la topología de la capa de deposición, las propiedades del PM y las condiciones de operación en los eventos de reorganización dinámica. Se puede demostrar que una metodología simple de densidad media representa una forma reproducible de determinar la extensión de un tapón en el canal y su densidad promedio, que concuerda bien con los valores reportados en la literatura. Se revelan las sensibilidades de los factores de influencia relevantes y se cuantifica su impacto en el proceso de reorganización. Este trabajo contribuye a la formulación de predicciones sobre la formación de patrones de deposición específicos, que impactan en el rendimiento del motor, el consumo de combustible y la vida útil de los filtros de flujo de pared.

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