Selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden in Kraftfahrzeugen ...

7 Zusammenfassung
Damit steht erstmals ein geschlossenes physikalisches Modell der Verdunstung und
Zersetzung von Harnstoffwasserlösung zur Verfügung.
Als Randbedingung für die Simulation wurden die Sprayparameter exemplarisch für
ein Drallventil aus einem Abgleich mit Visualisierungen, Verteilungsmessungen und
PDA-Untersuchungen für die Einspritzung in eine ruhende Umgebung bestimmt. Das
Sprayverhalten kann dabei in der Simulation gut wiedergegeben werden. Ein Vergleich
der berechneten Sprayausbreitung unter dem Einfluss einer Queranströmung mit Laserlichtschnittaufnahmen
zeigt, dass sich die eingesetzten Berechnungsansätze gut für
die Simulation der Reduktionsmitteldosierung eignen.
Grundlegende Erkenntnisse zur Spray/Wand-Wechselwirkung und zur Wandfilmbildung
von Harnstoffwasserlösung wurden mit verschiedenen Messtechniken gewonnen.
Transiente Temperaturmessungen zur Untersuchung der Spraykühlung wurden durchgeführt.
Die Abkühlkurven der Wand lassen sich in zwei Temperaturbereiche einteilen.
Oberhalb der Leidenfrosttemperatur kommt es zum Wärmeübergang zwischen Tropfen
und Wand ohne dauerhafte Benetzung der Oberfläche. Liegt die Wandtemperatur
unterhalb der Leidenfrosttemperatur, benetzt das Fluid die Wand, was zu einem hohen
Wärmeübergang führt. Bei weiterer Dosierung bildet sich ein Wandfilm aus, welcher
die Wand auf Temperaturen unterhalb des Siedepunkts des Fluids abkühlt. Die Benetzung
der Wand tritt bei Harnstoffwasserlösung bereits bei Wandtemperaturen zwischen
538 K bis 553 K für Edelstahl bzw. zwischen 528 K und 533 K für Aluminium
auf. Mit Wasser tritt die Benetzung unterhalb von Temperaturen von 473 K bis 483 K
für beide Wandmaterialien auf. Eine Erklärung für die erhöhte Leidenfrosttemperatur
für Harnstoffwasserlösung ist der niedrigere Dampfdruck im Vergleich zu reinem
Wasser.
Zur Berechnung der Spraykühlung oberhalb des Leidenfrostpunkts wurde ein Wärmeübergangsmodell
aufgestellt. Das Modell basiert auf dem Direktkontakt zwischen
Tropfen und Wand und enthält einen physikalisch motivierten Modellparameter, die
Siedeverzugszeit. Durch die Anpassung der Siedeverzugszeit können die Abkühlkurven
in der Simulation gut wiedergegeben werden. Um die langen Zeitskalen der Spraykühlung
mit dem dreidimensionalen Strömungsmodell berechnen zu können, wurde
eine reduzierte Wanddicke eingeführt. Die Wandenergiegleichung wird mit dem Wandfilm,
der Gasphase von Abgas und Umgebung gekoppelt gelöst. Im Temperaturbereich
unterhalb der Leidenfrosttemperatur zeigt die Berechnung des Wärmeübergangs mit
der Nukyjama-Kurve gute Ergebnisse im Vergleich zu den Messdaten. Die berech-
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