بخشی از مقاله
چکیده
مقاله حاضر در رابطه با طراحی مبدل کاتالیستی و تجزیه و تحلیل در نرم افزار CFD جهت دستیابی به یک مصالحه بین دو پارامتر بازده فیلتراسیون، با فشار برگشتی محدود انجام شده است. در نهایت، مدل با فشار برگشتی بر روی یک موتور تک سیلندر دیزلی تست شده و عملکرد موتور و مبدل مورد بحث قرار می گیرد. از ویژگی بارز این پژوهش بررسی الگوی جریان با ورتسیته کمتر در رسیدن به طرح بهینه مبدل جهت کاهش فشار برگشتی می باشد، بطوریکه در این مطالعه نشان داده شد، که افزایش فشار برگشتی در مبدل باعث افزایش 15درصدی مصرف ویژه سوخت می شود.
.1 مقدمه
مبدل کاتالیستی، آلاینده های مضر خروجی حاصل از احتراق موتور را از طریق واکنش شیمیایی به گازهای کم اثر تبدیل می کند. در طول کورس تخلیه، زمانیکه پیستون از نقطه مرگ پایین به نقطه مرگ بالا حرکت می کند، فشار داخل سیلندر افزایش یافته و گازهای سوخته شده به خروجی اگزوز رانده می شوند .[1] بدین ترتیب بر حسب افزایش توان موتور در هنگام رانندگی، خروجی اگزوز بیشتری را شاهد خواهیم بود. در سیکل کاری یک موتور احتراق داخلی، کار خالص خروجی در هر چرخه از موتور به کار پمپاژ مصرفی بستگی و با فشار برگشتی متناسب است
برای به حداقل رساندن کار پمپاژ، فشار برگشتی را تا حد ممکن باید کاهش داد. شکل مخروطی بستر کاتالیست به فشار برگشتی کمک شایانی می کند و این در حالی است که افزایش در فشار برگشتی منجر به افزایش در مصرف سوخت می شود. در واقع، افزایش افت فشار یک چالش بسیار مهم جهت غلبه بر این امر است. بطور معمول در یک موتور با توان 300 وات، 1000 پاسکال افت فشار وجود دارد.
نتیجه افت فشار و سطح کل به یک نگرانی اساسی در تعیین هندسه مناسب از مبدل های کاتالیستی تبدیل شده است. بطور کلی افت فشار در مبدل های کاتالیزوری با دو جزء اساسی در ارتباط است: بستر و دستگاه های توزیع جریان - منیفولد، لوله های ورودی و خروجی، و نیز و ورودی و خروجی دیفیوزر - که بستر بزرگترین سهم از فشار برگشتی اگزوز را دارد. بنابراین، در این پژوهش به بررسی طرح بهینه ای از مبدل کاتالیزوری پرداخته می شود.
.2 محاسبات طراحی:
شکل مبدل کاتالیزوری
شکل استوانه ای کاتالیزور را بنابه سهولت ساخت، حداقل زمان مونتاژ، استحکام و نگهداری آسانتر بیشتر مورد توجه است.
حجم کاتالیزور
سرعت فضا: حجم فضای زمانی لازم جهت واکنش در فرایند می باشد. همچنین بعنوان زمان اقامت سیال می باشد.
هندسه سیم مش بندی
در مطالعه حاضر مش بندی بصورت مربع شکل با 400 سلول در هر اینچ مربع و ضخامت 0.114 میلیمتر بصورت شانه عسل یکپارچه بکار گرفته شده است.
جدول:1 مشخصات هندسی
.3 مدلسازی ریاضی
هوا را بعنوان سیال ماندگار و تراکم پذیر در نظر می گیریم. در مدل CFD عدد رینولدز بعنوان مدل توربولانس بطور گسترده در کاربردهای صنعتی استفاده می شود. جهت استخراج سرعت و فشار در دامنه سیال، معادلات جرم و مومنتوم با استفاده از الگوریتم ساده با فرض تلاطم آیزنتروپیک حل شده است .[3] ضخامت نزدیک به دیواره سلول با برآورد قانون الگوریتمی از مرز دیواره محاسبه و خواص سایر سیالات ثابت در نظر گرفته شده است. پوشش میانی فیلتر در مبدل های کاتالیزوری با استفاده از تخلخل مدل شده است. در پوشش تخلخل، فرض بر این است که درون حجم حاوی مقاومت توزیع، یک تعادل موضعی بین فشار و نیروهای مقاومت وجود دارد
سرعت سطحی در هر مقطع از طریق محیط متخلخل بعنوان نرخ حجم جریان بر ناحیه کل مقطع - منطقه اشغال شده توسط هر دو سیال و جامد - تعریف شده است. برای پیدا کردن مقاومتهای ویسکوز و لختی، تست افت فشار در طول یک متر از بستر مش توری با سرعتهای مختلف انجام گردید. از روی شکل می توانیم تابع چند جمله ای برای افت فشار پیدا کنیم.
