Selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden in Kraftfahrzeugen ...

2.2 Stand der Modellierung der Reduktionsmitteleindüsung
Letztere reagiert bei der Hydrolyse mit Wasserdampf in der Gasphase zu Ammoniak
und Kohlendioxid:
HNCO + H2O ⇋ NH3 +CO2. (2.2)
Aufgrund der Betriebsbedingungen (siehe Tabelle 2.2) und der langsamen Verdunstung
und Zersetzung trifft ein Teil des Reduktionsmittels in flüssiger Form auf den Katalysator,
die Abgasrohrwand oder andere Oberflächen, z.B. Mischer. Besonders in der
PKW-Anwendung [38], bei welcher Dosiersysteme ohne Luftunterstützung bei kleinen
Abmessungen des Abgasrohrs eingesetzt werden, tritt nennenswerter Wand-Kontakt
auf.
Beim Tropfen/Wand-Kontakt können eine Vielzahl von verschiedenen Phänomenen
ablaufen (siehe z.B. Bai und Gosman [11]). An der heißen Wand tritt Tropfenzerfall
oder ein Abprallen des Tropfens auf. Der Tropfenaufprall führt zu einer lokalen Auskühlung
der Wand (vgl. Wachters und Westerling [121]). Benetzung und die Bildung
eines Wandfilms können die Folge sein, falls die Wandtemperatur unter einen kritischen
Wert sinkt, siehe Birkhold et al. [13]. Verdunstung und Zersetzung des Wandfilms führen
zu einer weiteren Abkühlung. Es können sich unerwünschte Ablagerungen aus
Melamin-Komplexen bilden, siehe Fang und DaCosta [41].
2.2 Stand der Modellierung der
Reduktionsmitteleindüsung
In der Literatur finden sich keine Studien, welche den Einfluss von gelöstem Harnstoff
auf die Verdunstung von Wasser aus einem HWL-Tropfen untersuchen. Für die
Simulation werden deshalb vereinfachte Modelle zugrunde gelegt. Dabei werden, soweit
nicht anders angegeben, die Tropfen als Lagrange Phase betrachtet (siehe Kap.
4.1.2). Auf die Modellierung des Spray/Wand-Kontakts von HWL wird in keiner der
nachfolgenden Arbeiten eingegangen.
Cremer et al. [30] betrachten die selektive, nicht-katalytische Reduktion oberhalb
1100 K bei der Rauchgasreinigung. Die Chemie des Tropfens wird in zwei Schritten
modelliert: 1. Verdunstung von reinem Wasser und 2. thermische Zersetzung von festem
Harnstoff. Der zweite Schritt läuft erst ab, wenn das Wasser komplett verdunstet
ist. Dabei nehmen die Autoren aufgrund der hohen Temperaturen eine rasche Zerset-
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