Δυναμικά φαινόμενα διαφορετικών χρονικών κλιμάκων στη λειτουργία τριοδικών καταλυτικών μετατροπέων
Creators: name: Τσίνογλου, Δημήτριος Ν.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2004

description: Στην παρούσα εργασία εξετάζονται τα σημαντικότερα δυναμικά φαινόμενα για τη λειτουργία των τριοδικών και ταξινομούνται ανάλογα με τη χρονική κλίμακα. Με τη βοήθεια υψηλής ποιότητας πειραματικών δεδομένων και πρωτότυπων προσεγγίσεων υπολογιστικής προσομοίωσης, επιχειρείται μια συστηματική εμβάνθυνση στη συγκεκριμένη περιοχή, η οποία απασχολεί επί μακρόν την επιστημονική κοινότητα. Στη χρονική κλίμακα 10-100ms, εξετάζεται η επίδραση των ροϊκών παλμών σε ένα μεγάλο εύρος συνθηκών λειτουργίας και αποδεικνύεται ότι η επίδρασή τους μπορεί να φτάσει μέχρι και 20 ποσοστιαίες μονάδες στο βαθμό απόδοσης του καταλυτικού μετατροπέα, ανάλογα με την ένταση των παλμών και τις συνθήκες λειτουργίας. Στη χρονική κλίμακα 100ms - 5 s, εξετάζεται η επίδραση των φαινομένων αποθήκευσης και έκλυσης οξυγόνου. Ενα προϋπάρχον μοντέλο αποθήκευσης και έκλυσης οξυγόνου αναπτύσσεται περαιτέρω και τεκμηριώνεται με τη βοήθεια πειραματικών δεδομένων υπό έντονα μεταβατικές συνθήκες. Στη χρονική κλίμακα των λίγων δευτερολέπτων(5-100s), εξετάζεται η αλληλεπίδραση ανάμεσα στο ροϊκό και το θερμοκρασιακό πεδίο στη φάση της ψυχρής εκκίνησης, μέσω της ανάπτυξης μιας μεθοδολογίας για τον υπολογισμό του μεταβατικού ροϊκού πεδίου στην είσιδο του μετατροπέα για αξισυμμετρικές γεωμετρίες με μικρό υπολογιστικό κόστος. Στη χρονική κλίμακα των λίγων λεπτών(10-1000s) μελετώνται μεταβατικά φαινόμενα σε κύκλους οδήγησης, τα οποία είναι μια σύζευξη και χρονική επέκταση των φαινομένων που παρουσιάστηκαν προηγουμένως. Τέλος, στη χρονική κλίμακα αρκετών ωρών(10-1000h) διερευνώνται υπολογιστικά οι επιπτώσεις των βασικότερων μηχανισμών γήρανσης και παρουσιάζονται τεχνικές προσομοίωσης καταλυτών με διαφορετικά επίπεδα γήρανσης. Στο τελευταίο αναπτύσσεται μια μεθοδολογία που επιτρέπει τη συγκριτική αξιολόγηση διαφορετικών τεχνικών διάγνωσης του καταλυτικού μετατροπέα, μέσω της δημιουργίας μιας βάσης δεδομένων από προσομοιώσεις καταλυτικών μετατροπέων με διαφορετικά επίπεδα γήρανσης. Στο παράρτημα της εργασίας παρατίθενται τα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν για την εκπόνησή της δηλ. το μαθηματικό μοντέλο προσομοίωσης και τα περιαματικά δεδομένα
description: In the present thesis, the most important dynamic phenomena in the operation of 3-way catalytic converters are investigated and classified according to their time scale. Using high quality wxperimental data and original approaches of mathematical modelling, a comprehensive investigation of an area, which has attracted the interst of many researches in the last decades is attempted. In the time scale 10-100 ms, the effect of flow pulsations in the operation of 3-way catalytic converters is studied in a wide range of operating conditions. It is demonstrated that under pulsating flow conditions, the pollutant conversion may decrease by up to 20 percentage units, depending on pulsation intensity intensity and operating conditions. In the time scale 100 ms - 5 s, the effect of oxygen storage and release phenomena is examined. A previous oxygen storage and release model is extended and validated against experimental data involving highly transient engine operating conditions. In the time scale of a new seconds(5-100 s), the interaction between the flow field at the entrance of thermal response of the monolith is investigated. A novel methodology for the calculation of the transient flow field in axisymmetric converters with low computational cost is developed. In the time scale of a few minutes(10-1000s), dynamic phenomena in driving cycles are investigated. These phenomena are a combination of phenomena in driving cycles are investigated. These phenomena are a combination of phenomena presented in previous sections. Finally, in the time scale of 10-1000h, a mathematical investigation of the main ageing mechanisms is performed, and techniques for the mathematical simulation of aged catalytic converters are developed. In the final chapter, a methodology for the assessment of different diagnostic methods for catalyst on-board diagnosis is developed. With the aid of mathematical modelling, a large database of simulations of catalytic converters with different ageing levels is built. The main tools used for the investigation of the dynamic phenomena, i.e. the mathematical model and the experimental data, are presented in the appendix