Selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden in Kraftfahrzeugen ...

3Tropfen
gen verwendet. In technischen Anwendungen werden üblicherweise mehrere Tausend
Tropfenpakete berechnet, um eine realistische Sprayausbreitung zu erhalten.
3.5.2 Thermische Zersetzung
Die Berechnungen in diesem Abschnitt wurden mit dem Verdunstungsansatz für die
Thermolyse durchgeführt, siehe Abschnitt 3.3.3. Ein Vergleich mit experimentellen
Daten wird in Abschnitt 3.5.3 vorgestellt.
Nachdem das Wasser aus dem Tropfen verdunstet ist, schmilzt der Harnstoff bei 406 K
und die thermische Zersetzung beginnt. Die berechneten Massenströme für Wasserdampf
und Harnstoff durch Verdunstung und Zersetzung sind in Abbildung 3.8 dargestellt.
Der Verdunstungsmassenstrom nimmt zu Beginn mit zunehmender Tropfen-
m [kg/s]
.
1.5
1
0.5
x 10−9
2
Wasser
Harnstoff
0
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
t [s]
Abbildung 3.8: Massenstrom von Wasserdampf und Harnstoff bei der Verdunstung
und Zersetzung. Bedingungen: Dd0 =70µm, Td0 = 300 K, Tamb = 673
K, urel =0m/s,p =0.11 MPa
temperatur stark zu und wird dann mit abnehmendem Tropfenradius kleiner. Bei
t ≈ 0.086 s wird die Siedetemperatur erreicht. Die Tropfentemperatur nimmt nicht
weiter zu und der gesamte konvektive Wärmestrom führt zur Verdunstung. Dies resultiert
in einem kurzzeitigen Anstieg der Verdunstungsgeschwindigkeit, der anhält bis
das Wasser komplett verdunstet ist. Die thermische Zersetzung von Harnstoff läuft im
Vergleich zur Wasserverdunstung mit geringeren Geschwindigkeiten ab. Dies resultiert
aus der höheren Partikeltemperatur und somit dem geringeren Wärmeeintrag und der
größeren Reaktionsenthalpie (hth ≈ 3088 kJ
kg
36
> 2300 kJ
kg
≈ hvap).