واکنش¬های شیمیایی و ساخت دوده در فیلتر دیزل

Chemical Reactions and Soot Build-Up in a Diesel Filter

در این آموزش، یک سیستم فیلتر برای موتور دیزل مدل­سازی شده است؛ از جمله آن قسمتی که یک لایۀ دوده ساخته شده و اکسیده می­شود. ساخت لایه در هر دو واکنش کاتالیزوری و غیر کاتالیزوری بررسی می­شود؛ جایی که کربن به مونوکسید کربن و دی­اکسید کربن اکسیده شده که به نوبۀ خود از غشاء عبور می­کند.

     کارآیی و دوام یک سیستم فیلتر، ارتباط نزدیکی با نحوۀ حذف رسوبات دوده از دیواره­های فیلتر متخلخل دارد. یک رویکرد، شامل معرفی مواد افزودنی سریم به سوخت است. گونه­های اکسید سریم متعاقباً در لایۀ دوده وجود دارند و در واکنش­های اکسیداسیون کربن به عنوان یک کاتالیزور عمل می­کنند. در این شرایط می­توان بدون افزایش دمای اگزوز، رسوبات کربن موجود در فیلتر را حذف نمود. پنج واکنش و سینتیک همراه آن­ها در تعادل انبوه گنجانده شده­اند.

     برای بررسی این سیستم از دو استراتژی استفاده شده است. ابتدا از مدل ایده آل سیستم با استفاده از رابط مهندسی واکنش استفاده می­شود. این قسمت شامل مدل­سازی یک راکتور ایزوترمال لوله­ای(جریان پلاگین) ایده­آل با سینتیک واکنش تنها برای آن است. استراتژی دوم از یک روش وابسته به فضا(دوبعدی) با استفاده از چهار رابط فیزیک در ماژول مهندسی شیمی استفاده می­کند:

• جریان آزاد و متخلخل رسانه­ای
• حمل و نقل گونه­های رقیق شده(مانده مواد)
• انتقال حرارت در مایعات(تعادل انرژی)
• مش متحرک(ساخت لایۀ دوده)

     نتایج برای اولین استراتژی نشان می­دهد که واکنش­های کاتالیزوری بر اکسیداسیون کربن غالب بوده که با افزایش دما کاهش می­یابد. علاوه بر این، نتایج حاصل از مدل دوبعدی نشان می­دهد که اگرچه اکسیداسیون کربن یک واکنش گرماده است، اما مراحل کاتالیزوری گرماگیر است. همچنین اکسیداسیون کربن برای جلوگیری از رشد لایۀ دوده کافی نیست.