Neue Einblicke in die Verdunstung von Harnstoff-Wasser-Lösungen. Spraycharakterisierung bei hohen Druck- und Temperaturbedingungen

Forschungsberichte aus dem Institut für Thermische Strömungsmaschinen, Bd. 90/2022

Christian Lieber

ISBN 978-3-8325-5597-9
164 pages, year of publication: 2023
price: 39.00 €
Neue Einblicke in die Verdunstung von Harnstoff-Wasser-Lösungen. Spraycharakterisierung bei hohen Druck- und Temperaturbedingungen

Die Reduktion von schädlichen Stickoxiden stellt heutzutage ein zentrales Entwicklungsziel für zahlreiche motorische Anwendungen dar. Um die Einhaltung aktueller und zukünftiger Abgasnormen zu gewährleisten, hat sich die selektive katalytische Reduktion (SCR) etabliert. Das Reduktionsmittel Ammoniak wird in der Regel durch die Einspritzung einer Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) in die heißen Abgase erzeugt. Modelle und Simulationen zur zuverlässigen Vorhersage der Sprayverdunstung von HWL sind folglich wichtige Werkzeuge, um die Herausforderungen bei der Auslegung von SCR-Systemen zu bewältigen. Allerdings ist das Verdunstungsverhalten von HWL nach heutigem Stand der Forschung weder vollständig verstanden, noch liegen geeignete Validierungsdaten zur Beurteilung der relevanten Modelle vor.

An diesem Punkt knüpft die vorliegende Arbeit an. Es wird eine experimentelle Methodik entwickelt, die es ermöglicht, die Sprayverdunstung bei erhöhten Druck- und Temperaturbedingungen von bis zu 6 bar und 600°C zu untersuchen. Auf diese Weise kann die Einspritzung von HWL sowohl stromab als auch stromauf der Turbine eines Turboladers beurteilt werden. Die Weiterentwicklung einer optischen Messtechnik erlaubt die Charakterisierung von Tropfen mit einem Durchmesser von gerade einmal 4 µm und einer Geschwindigkeit von bis zu 250 m/s. Die experimentellen Ergebnisse können als Datenbasis für die Validierung numerischer Vorhersagen dienen und damit die Auslegung zukünftiger SCR-Systeme unterstützen.