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Untersuchungen zur Durchströmung, Beladung und Regeneration eines Diesel-Partikelfilters

Tobias Höffken

ISBN 10: 3832288759 / ISBN 13: 9783832288754
Published by Shaker Verlag Mrz 2010, 2010
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Neuware - Aufgrund strenger gesetzlicher Vorgaben müssen Rußpartikel aus dem Abgas moderner Diesel-PKW durch Filtration abgeschieden werden. Durch den Aufbau einer Rußschicht auf der Oberfläche des Filters nimmt der Abgasgegendruck während des Fahrzeugbetriebs zu, so dass dieser in regelmäßigen Abständen durch Abbrand des eingelagerten Rußes regeneriert werden muss. Während des Rußabbrands kann es im Filter zu Temperaturüberhöhungen kommen, die zu dessen Zerstörung führen. Gegenstand der vorliegenden Dissertation ist ein Diesel-Partikelfilter auf der Basis eines Filtermediums aus Sintermetall, welches durch die Sinterung eines Edelstahlgranulats auf einem Edelstahl-Streckgitter hergestellt wird. Das Sintermetall-Verbundmaterial wird zu keilförmigen Filtertaschen gefaltet, welche ringförmig um eine zentrale Dichtscheibe angeordnet und verschweißt werden. Die Formstabilität der einzelnen Taschen wird durch wellenförmig gefaltete Abstandshalter aus Blech gewährleistet. Das komplexe Strömungsfeld, die Verteilung des Rußes und der Ablauf der thermischen Regeneration in diesem Filter können durch die in der Literatur vorhandenen Modelle für keramische Wabenfilter nicht beschrieben werden. Grundlage der Untersuchungen ist das numerische Strömungsmodell einer Einzeltasche des Filters unter Verwendung der Strömungssimulationssoftware Fluent. Durch eine Anpassung der Turbulenzmodelle für die Verwendung in Kombination mit porösen Zonen wird die Berechnung der turbulenten Anströmung des Filters ermöglicht. Die Gültigkeit des Strömungsmodells wird durch Abgleich von berechneten Ergebnissen mit Druck- und Geschwindigkeitsmessungen in einem messtechnisch zugänglichen Strömungsexperiment an einer Einzeltasche verifiziert. Nachteil des entwickelten Modells ist die Größe des numerischen Gitters, welche von der komplexen Bauteilform, aber auch durch die notwendige Auflösung der Grenzschicht an der Oberfläche des porösen Filtermediums erzwungen wird. Das Modell zeigt, dass die Strömungsverteilung auf der Taschenoberfläche wesentlich durch die Form des Abstandshalters beeinflusst wird. Eine Erweiterung des Strömungsmodells ermöglicht die Simulation des Rußschichtaufbaus auf der Taschenoberfläche. Hierzu wird angenommen, dass zu jedem Zeitpunkt die abgeschiedene Rußmenge zur Filtrationsgeschwindigkeit proportional ist, der Ruß also homogen im Abgas verteilt ist. Es wird gezeigt, dass wegen der geringen Größe der Rußteilchen diese Annahme eine zulässige Vereinfachung darstellt. Die Ergebnisse der Berechnungen zeigen, dass bei geringer Beladung der Filtertasche mit Ruß dieser ungleich auf der Taschenoberfläche verteilt ist. Durch die Strömungsverluste in den Kanälen, welche durch den Abstandshalter im Inneren der Tasche gebildet werden, ist das treibende Druckgefälle im vorderen Bereich der Tasche in einigen Bereichen reduziert. Bei fortschreitender Beladung mit Ruß nimmt diese Ungleichmäßigkeit wegen der Dominanz der Strömungsverluste durch den Strömungswiderstand der Rußschicht ab. Beim voll beladenen Filter ist dann eine weitgehende Gleichverteilung des Rußes gegeben. Die Ruß-Abbrandrate wird in Abhängigkeit von der Temperatur und des Sauerstoffgehalts des Gases in einem Versuchsreaktor mit reduzierter geometrischer Komplexität in isothermen Abbrandversuchen gemessen. Die isotherme Prozessführung erlaubt die Untersuchung der Änderung der Abbrandrate während des Reaktionsfortschritts. Diese nimmt zu Beginn des Abbrands zu, erreicht bei etwa 75% verbleibender Rußmasse ein Maximum um dann näherungsweise proportional zur Rußmasse abzuklingen. Anhand der Ergebnisse werden ein Kinetikmodell entwickelt und die Modellparameter bestimmt. Aus der Kombination der Strömungssimulationssoftware, mit der die Komponenten-Erhaltungsgleichung für Sauerstoff gelöst wird, mit dem entwickelten Kinetikmodell ergibt sich ein Modell, welches die Simulation des Rußabbrands unter realen Bedingungen ermöglicht. Dieses berücksichtigt auch die Hemmung der Reaktion durch die l. Bookseller Inventory # 9783832288754

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Title: Untersuchungen zur Durchströmung, Beladung ...

Publisher: Shaker Verlag Mrz 2010

Publication Date: 2010

Binding: Buch

Book Condition:Neu

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