Zur Senkung des Stickoxidausstoßes moderner Dieselmotoren hat sich die selektive katalytische Reduktion (SCR) mittels AdBlue sowohl im Nutzfahrzeug- als auch im PKW-Segment durchgesetzt. Mit den durch die Gesetzgebung vorgegebenen stetig sinkenden Emissionsgrenzwerten sind verstärkt Maßnahmen zur Verbesserung des NOx-Umsatzes notwendig. Die damit einhergehenden höheren AdBlue-Dosiermengen führen zu einem erhöhten Risiko zur Ablagerungsbildung aus Harnstoff und dessen Folgeprodukte, die zu einem funktionellen Versagen des Abgasanlagensystems führen können. Um das Ablagerungsrisiko zu mindern, ist der weitere Verständnisaufbau zu den physikalisch-chemischen Prozessen im SCR-System erforderlich. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Spray-Wand-Interaktion und den dabei auftretenden Phänomenen der Wärmeübertragung und Wandbenetzung. Mithilfe von visuellen Highspeed- und Infrarotthermographieaufnahmen kann die Spray-Wand-Interaktion qualitativ und quantitativ beschrieben werden. Durch Variation der Material- und Oberflächeneigenschaften kann der Spray-Wand-Wärmeübergang wesentlich beeinflusst werden. Eine thermische Vorkonditionierung der Proben und die dadurch induzierte Veränderung der Benetzbarkeit führt zu einer Hysterese im Wärmeübergang. Die charakteristischen Wärmeübergangsgrößen weisen eine deutliche Abhängigkeit von den Benetzungseigenschaften der Oberfläche auf. Im hydrophilen Oberflächenzustand werden die Leidenfrosttemperatur und die kritische Temperatur zu deutlich höheren Temperaturen verschoben. Eine Variation des Wandmaterials mit dem Fokus die thermischen Eigenschaften in einem breiten Bereich zu variieren, führt zu weiteren signifikanten Verschiebungen der Siedekurve. Mithilfe der gewonnenen Erkenntnisse kann eine gezieltere Entwicklung von Beschichtungen der spraybeaufschlagten Flächen erfolgen, wodurch eine Reduktion der Wandfilmbildung und eine bessere SCR-Systemrobustheit gegenüber der Bildung von Ablagerungen erreicht werden könnte.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Die Selektive Katalytische Reduktion (SCR) ist die heutzutage etablierte Technologie zur Verringerung von Stickoxiden (NOx) aus dem Abgas. Als Reduktionsmittel wird i.d.R. eine Harnstoffwasserlösung verwendet, welche in den Abgasstrang eingespritzt wird. Das Spray kann dabei mit der Rohrwand in Kontakt kommen und dort flüssige Filme akkumulieren, welche sich chemisch zu festen Ablagerungen entwickeln. Dieser unerwünschte Vorgang führt zu einer Verschlechterung des SCR-Wirkungsgrades. Die Arbeit beschäftigt sich mit der phänomenologischen Untersuchung zur Bildung von Wandfilmen und Ablagerungen durch Harnstoffwasserlösung. Dabei werden die experimentellen Versuche aufgezeigt, welche sowohl die relevanten physikalischen Teilprozesse der Benetzung sowie Filmakkumulation darstellen, als auch die chemischen Reaktionen in der Flüssigphase näher erläutern. Basierend auf den Erkenntnissen werden Modellansätze abgeleitet, welche zeitaufgelöst und gekoppelt die Filmbildung sowie die Aufbaurate der Folgeprodukte berechnen.
Aktualisiert: 2020-10-26
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