Optimering av ureainsprutning för SCR katalysator
Kommande emissionskrav inom fordonsindustrin för utsläpp av kväveoxider, partiklar, kolväten och koldioxid innebär att tillverkarna måste förbättra renheten på avgaserna som släpps ut. Ett sätt att göra detta är efterbehandling av avgaserna med SCR-system. Ett SCR-system fungerar på det sättet att man sprutar in urea i avgaserna vilket omvandlas till ammoniak som i den efterföljande katalysatorn reagerar med kväveoxiderna och bildar oreglerade ämnen. För att få hög omvandlingsgrad av kväveoxiderna i katalysatorn är det viktigt att man har en jämn fördelning av ammoniak i avgaserna samt att all urea har omvandlats till ammoniak. Denna studie har gjorts på ett befintligt SCR-system hos Scania CV AB. Målet med studien var att skapa en CFD-modell för systemet och med hjälp av denna CFD-modell göra en parameterstudie för att optimera ureafördelningen. En CFD-modell skapades där beräkningsnätets inverkan på resultatet undersöktes. För denna CFD-modell gjordes vissa avgränsningar. Inloppet placerades direkt nedströms avgasturbinen för att ta med inverkan från avgasbromsspjället och avgasröret för de alternativa insprutarplaceringarna. Flödesbilden från turbinen förenklades till ett konstant flöde jämnt fördelat över tvärsnittet. Utloppet från ljuddämparen modellerades ej då utvärdering skedde i inloppet till katalysatorn. Urea ersattes med vatten och avgaser ersattes med luft med samma fysikaliska egenskaper som avgaser. Ingen väggfilm simulerades vid studien. Vid parameterstudien valdes 3 stycken insprutningsplaceringar och 3 stycken insprutningsutformningar. Dessa placeringar var i en gavel inne i ljuddämparen, vid inloppet till ljuddämparen samt vid avgasbromsen. De insprutningsriktningar som studerades var 8 håls radiellt riktad, enkel medströmsriktad samt enkel motströmsriktad. Vid utvärdering av resultaten sågs en tidsförskjutning när avgaser blandade med insprutat vatten nådde inloppet till katalysatorn för inlopps- och avgasbromsplaceringen gentemot gavelplaceringen. Denna tidsförskjutning krävde modifiering av de utvärderingsmetoder som användes för att kunna jämför det olika placeringarna. Med hjälp av dessa modifierade utvärderingsmetoder sågs att insprutningsplacering och insprutningsutformning hade påverkan för resultatet. För gavelplaceringen gav den 8 håls radiella insprutaren jämnast fördelning vid inloppet till katalysatorn. Vid utvärdering av inloppsplaceringen sågs att den enkla motströms riktade insprutaren uppvisade jämnast fördelning, denna insprutare uppvisade även jämnast fördelning för insprutare placerad vid avgasbromsen. Från resultaten sågs att vid flytt av insprutaren från gaveln till inloppet så förbättrades fördelningen vid inloppet till katalysatorn med en faktor 40 samt med faktor 200 för placering vid avgasbromsen jämfört med gavelplaceringen. Standardavvikelsen σ(Φ) minskar med en faktor 5 för inloppsplacering jämfört med gavelplacering och med en faktor 5.5 för avgasbromsplacering jämfört med gavelplacering. Bäst placering och utformning för systemet gavs vid avgasbromsplacering med enkel motströms riktad insprutare.