Modelling the effect of condensation and evaporation of water on the transient temperatures inside the exhaust system of an IC engine during a cold start

[摘要] AFRIKAANSE OPSOMMING:Die navorsing wat hier uiteengesit word ondersoek die hipotese dat kondensasieen die gevolglike verdamping van water wat teenwoordig is in die uitlaatgas van'n binnebrandenjin, plaasvind in die gedeeltes van die uitlaatstelsel tussen dieuitlaatklep en die katalitiese-omsetter se uitlaat. Daar word verder verondersteldat hierdie tweefasevloeieffekte die tydafhanklike temperatuurprofiele in dieuitlaatstelsel beïnvloed, wat moontlik kan lei tot 'n vertraging in die tydsduur virdie katalitiese omsetter om temperature van 200-300 °C te bereik, wat nodig is omnoemenswaardige omsetting te bewerkstellig.Om hierdie veronderstelling te evalueer is 'n tydafhanklike, eendimensionelewiskundige model van die termo-vloei gedrag in die uitlaatstelsel gedurende 'nkoue inwerktreeding, insluitende vogtigheidseffekte, opgestel en opgelos deur van'n rekenaaralgoritme gebruik te maak. Warmte- en massaoordragsteorie wasgebruik om die ongestadigde massa-, energie- enmomentumbehoudsvergeleikings te formuleer. Die tweefasige vogeffekte wasgemodelleer deur gebruik te maak van die verhouding tussen warmte- enmassaoordrag, wat verdamping en heterogeniese kondensasie (die kondensasievan damp teen die pypwand) voorspel as gevolg van die dampdrukgradient tussendie grootmaat damp en die versadigde damp by die oppervlak van dievloeistoffilm. Homogene kondensasie (die kondensasie van vloeistof in die vormvan druppels in die dampstroom) was ook in aanmerking geneem indien diegrootmaatgas temperatuur onder die versadigingstemperatuur van diegrootmaatdamp gedaal het.'n Eksperimentele ondersoek was gedoen deur van twee enjins gebruik te maak,'n 1.6 L Volkswagen Bora en 'n 1.6 L Ford RoCam, in die toetsselle van CapeAdvanced Engineering Pty (Ltd). Om die gastemperature so akkuraat moontlik temeet, was spesiale radiasiegeskermde sensore met vinnige reaksietyd ontwerp eninstaller in die pypseksies van die uitlaatstelsels van beide enjins. Die geskermdesensore het temperature van tot 50 °C hoër as konvensionele termokoppels indieselfde areas gemeet. Dit is in koers is met resultate wat deur diefoutbeperkingsteorie, geassosieer met die meet van temperature in vloeïende gasin uitlaatstelsels, voorspel word.Vergelyking van die numeriese simulasie met die eksperimenteel gemetetemperature het aangedui dat in dele van die uitlaatstelsel voor die katalitieseomsetter,die vog min uitwerking het op die termiese gedrag van die stelsel. Inhierdie gedeeltes is die konveksie warmte-oordrag dominant. In die katalitieseomsetterwas die vogeffekte invloedryk. Die eksperimentele resultate toon 'nduidelike vroeë toename in die gastemperature, gevolg deur 'n tydperk vankonstante temperature by nagenoeg die versadigingstemperatuur van diegrootmaatdamp (verwys na as die temperatuurplato) by die katalitiese-omsetter sekern en uitlaat. Die numeries gesimuleerde gastemperature het ook hierdie gedraggetoon, maar 'n baie hoë en skerp piek by die begin van die plato het voorgekom. Hierdie piek was nie te sien by die eksperimentele resultate nie en is toegeskryfaan nie-ewewigstoestande in die verdampingsproses, wat aandui dat die tempovan verdamping wat deur die massa-oordragmodel voorspel word te hoog is virdie model en dat dit verfyn moet word. Verdere ondersoek van die invloed vandie individuele massa-oordragprosesse het getoon dat die homogene kondensasiedie dominante proses is in die vorming van vloeistof in die katalitiese-omsetter.Heterogeniese kondensasie het plaasgevind, maar 'n kleiner massa vloeistof isproduseer. Die maksimum hoeveelheid vloeistof wat voorspel is om in diekatalitiese-omsetter te vorm was 12 g/cm wat gelykstaande is aan 'n film van0.05.mm dik indien eweredig versprei oor die binneoppervlak van die monoliet.Daar was in die simulasie gevind dat beide verdamping en kondensasie benodigword om die temperatuurplato te simuleer, vanwaar die gevolgtrekking gemaakkan word dat beide prosesse wel plaasvind en dat die eerste stelling in dieoorspronklike hipotese wel geldig is. Daar was egter teen die einde van dietoetsperiode gevind dat beide temperature wat met en sonder vogeffekte simuleerwas, die eksperimentele temperature nagevolg het, wat aandui dat die invloed vanvog beperk is tot die vroeë stadiums van die katalitiese-omsetter seopwarmingstydperk. Die tweede gedeelte van die hipotese wat veronderstel datdie voggedrag 'n vertraging in die tydsduur om omsetting te bewerkstelligveroorsaak, is dus bevind om ongeldig te wees.Die wiskundige model wat opgestel is tydens die ondersoek is weensnoodsaaklikheid 'n vereenvoudigde simulasie van komplekse termo-vloeiprosesse. Dit dien as nuttige grondwerk vir verdere in-diepte ondersoeke enafronding van die teorie met betrekking tot voggedrag en die uitwerking daarvanop die tydsafhanklike temperature in 'n uitlaatstelsel.

[发布机构] Stellenbosch University