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S. Fischer:
"Harnstoffaufbereitung in der Mischstrecke eines SCR - Katalysatorsystems";
Report No. B09023, 2009; 130 pages.

Die Selektive Katalytische Reduktion stellt einen vielversprechenden Ansatz zur Absenkung der Stickoxid-Emissionen und damit zur Einhaltung zukünftiger Abgasrichtlinien dar. Wesentlich für den Erfolg des Verfahrens sind eine effiziente Aufbereitung des eingedüsten Harnstoffs zu gasförmigem Ammoniak und eine gute
Gleichverteilung des Reduktionsmittels über den Querschnitt des SCR-Katalysators.
Zur effizienten Auslegung von SCR-Systemen stellt die numerische Simulation eine wichtige Ergänzung zu Prüfstandsuntersuchungen dar. Voraussetzung hierfür ist ein Modell mit prädiktivem Charakter, das die auftretenden physikalisch-chemischen Prozesse ausreichend genau abzubilden vermag. Zu diesem Zweck wurden am Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Kraftfahrzeugbau der TU Wien
Untersuchungen durchgeführt, die das Potential des 3D-CFD-Codes Star-CD (Ver. 4.06) bei der Simulation der Ammoniak-Aufbereitung bewerten. Die Validierung erfolgte anhand von Messdaten, die für drei Betriebspunkte an einer vereinfachten Abgasanlagengeometrie auf einem Prüfstand des IVK gewonnen wurden. Es wurde eine numerische Strategie zur Simulation mehrerer Einspritzereignisse entwickelt.
Der Einfluss der Modellierung des thermodynamischen Aufbereitungsprozesses, der Tropfen-Wand-Interaktion und der Wandfilmbildung, sowie der thermischen Wand - Randbedinung wurden analysiert. Es zeigte sich, dass derzeit kein für alle Betriebspunkte universelles Modellsetup existiert, das die Prozesse über den
untersuchten Temperaturbereich korrekt beschreiben kann: Während die
Transportprozesse von Spray- und Wandfilm durchweg gut abgebildet sind, konnten vor allem im Bereich der Tropfen-Wand-Interaktion und des Siedens von Wandfilm Schwächen des CFD-Codes aufgezeigt werden. Dennoch konnte auf Grundlage dieser Sensitivitätsstudien der derzeitig von Star-CD verfügbare Beststand zur Modellierung der HWL-Aufbereitung für die jeweiligen Betriebspunkte herausgearbeitet werden. Weiters wurde mögliches Potential für Optimierungen im
Hinblick auf eine betriebspunktübergreifende Prädiktivitätsfähigkeit der Simulation aufgezeigt. Ein verbessertes Tropfen-Wand-Interaktionsmodell, ein detailliertes Siedemodell für Wandfilm, sowie eine korrekte Beschreibung von Mehrkomponenten - Fluiden stellen die wesentlichen Ansatzpunkte dar. Eine weiterführende Analyse und die Optimierung dieser Submodelle könnte Gegenstand weiterer Studien sein und so zu einem prädikativen Modell der AdBlue-Aufbereitung führen.