Müjdat FIRAT, Nevfel Yunus COŞKUN, Mutlu OKCU, Yasin VAROL

Farklı malzemelerden yapılmış Dizel Partikül Filtresi (DPF)’nin rejenerasyon sürecinin sayısal olarak incelenmesi

Dizel Partikül Filtreleri (DPF) günümüzde birçok dizel araçta kullanılmaktadır. Bu çalışma kapsamında Dizel Oksidasyon Katalisti (DOC) ve DPF’ e sahip bir dizel araç için egzoz sistemi tasarımı yapılarak, farklı DPF malzemelerinin (SiC, Crd, AT) filtrasyon özellikleri Yeni Avrupa Sürüş Çevrimi (NEDC) standartları altında incelenmiştir. Egzoz sistemi modeli, kullanımda olan dizel araçlar incelenerek belirlenmiştir. Çalışma, AVL-FIRE yazılımı vasıtasıyla üç boyutlu olarak gerçekleştirilmiştir. DPF malzemesi olarak en yaygın kullanılan malzeme olan SiC’e (Silisyum Karbür) alternatif olan malzemelerin çalışma özellikleri incelenmiştir. DPF malzemesinin ısı yayılımı, basınç düşümü ve egzoz emisyonları üzerine etkileri, bu çalışma sonucunda gösterilmiştir. Elde edilen bulgular incelendiğinde kullanılan malzemelerin benzer özellikler gösterdiği ve çalışma kapsamında kullanılan malzemelerin DPF malzemesi olarak kullanımının uygun olduğu görülmüştür. Bunun yanında DPF malzemesinin, özellikle basınç düşümü, CO ve NOx üzerinde etkileri olduğu görülmüştür. SiC malzemeli DPF için ısıl kayıpların rejenerasyon başlangıcında yüksek olduğu, AT (Alüminyum Titanat) malzemesi kullanımında CO emisyonlarının oldukça düştüğü, Crd (Kordierit) malzemesi kullanımında ise basınç düşümünün yükseldiği çalışmanın önemli sonuçları arasındadır.

Anahtar Kelimeler:

: Dizel partikül filtre, rejenerasyon; egzoz emisyonları; ısı transferi

PDF

___

Lilik G.K., Boehman A.L., Advanced diesel combustion of a high cetane number fuel with low hydrocarbon and carbon monoxide emissions, Energy Fuels, 25, 1444–1456, 2011.
Wanker R., Wurzenberger J., C., Peters B., Tatschl R., Integrated 1D and 3D modeling of exhaust-gas aftertreatment devices, SAE Internatıonal, 01-1132, 2004.
Bensaid S., Marchisio D. L., Fino D., Numerical simulation of soot filtration and combustion within diesel particulate filters, Chemical Engineering Science, 65, 357-363, 2010.
Kumar A. P., Sreekumar J. S., Mohanan P., Experimental and CFD analysis of selective catalytic reduction system on DeNOx efficiency of single cylinder diesel engine using NH3 as a reducing agent, Procedia Technology, 14, 116-124, 2014.
Claudia A. N., Ezequiel D. B., Eduardo E. M., Carlos A. Q., Potassium-promoted Ce0.65Zr0.35O2 monolithic catalysts for diesel soot combustion, Chemical Engineering Journal, 248, 394–405, 2014.
Zheng M., Banerjee S., Diesel oxidation catalyst and particulate filter modeling in activate- Flow configurations, Applied Thermal Engineering, 29, 3021-3035,2009.
Coşkun N. Y., Dizel Motorlarda Kirletici Emisyonların Düşürülmesi İçin Egzoz Sisteminin Tasarımı ve Analizi, Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2017.
Bai S., Tang J., Wang G., Li G., Soot loading estimation model and passive regeneration characteristics of DPF system for heavy-duty engine, Applied Thermal Engineering, 100, 1292-1298, 2016.
Jiaqiang E., Zuo W., Gao J., Peng Q., Zhang Z., Effect analysis on pressure drop of the continuous regeneration- Diesel particulate filter based on NO2 assisted regeneration, Applied Thermal Engineering, 100, 356-366, 2016.
Benaqqa C., Gomina M., Beurotte A., Boussue M., Delattre B., Pajot K., Pawlak E., Rodrigues F., Morphology, physical, thermal and mechanical properties of the constitutive materials of diesel particulate filters, Applied Thermal Engineering, 62, 599-606, 2014.
Tsuneyoshi K., Yamamoto K., Experimental study of hexagonal and square diesel particulate filters under controlled and uncontrolled catalyzed regeneration, Energy 60, 325-332, 2013.
Keskin A., Dizel motorlarında partikül madde emisyon kontrolü ve gelişmeler, 5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu, Karabük-Türkiye, 13-15 Mayıs. 2009.
Millo F., Andreata M., Rafigh M., Mercuri D., Pozzi C., Impact on vehicle fuel economy of the soot loading on diesel particulate filters made of different substrate materials, Energy, 86, 19-30, 2015.
Jiao P., Li Z., Shen B., Zhang W., Kong X., Jiang R., Research of DPF regeneration with NOx-PM coupled chemical reaction, Applied Thermal Engineering, 110, 737–745, 2017.
Pérez V. R., López A. B., Catalytic regeneration of Diesel Particulate Filters: Comparison of Pt and CePr active phases, Chemical Engineering Journal, 279, 79–85, 2015.
Lupše J., Campolo M., Soldati A., Modelling soot deposition and monolith regeneration for optimal design of automotive DPFs, Chemical Engineering Science151, 36–50, 2016.
Liu H., Wang Z., Zhang J., Wang J., Shuai S., Study on combustion and emission characteristics of Polyoxymethylene Dimethyl Ethers/diesel blends in light-duty and heavy-duty diesel engines, Applied Energy, 185 (2), 1393-1402, 2017.
Oravisjärvi K., Pietikäinen M., Ruuskanen J., Niemi S., Laurén M., Voutilainen A., Keiski R. L., Rautio A., Diesel particle composition after exhaust after-treatment of an off-road diesel engine and modeling of deposition into the human lung, Journal of Aerosol Science 69, 32–47, 2014.
https://www.academia.edu/2567724/ Emisyon_Kontrol_Y%C3%B6ntemleri 20 Mayıs 2016.
Jiaqiang E., Zuo W., Gao J., Peng Q., Zhang Z., Effect analysis on pressure drop of the continuous regeneration- Diesel particulate filter based on NO2 assisted regeneration, Applied Thermal Engineering, 100, 356-366, 2016.
AVL-FIRE user guide, 2014.
Sarli V. D., Landi G., Lisi L., Saliva A., Benedetto A. D., Catalytic diesel particulate filters with highly dispersed ceria: Effect ofthe soot-catalyst contact on the regeneration performance, Applied Catalysis B: Environmental, 197, 116–124, 2016.
Imran A., Varman M., Masjuki H. H., Kalam M. A., Review on alcohol fumigation on diesel engine: A viable alternative dual fuel technology for satisfactorry engine performance and reduction of enviroment concerning emission, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 26, 739-751, 2013.
Rounce P., Tsolakis A., York A.P.E., Speciation of particulate matter and hydrocarbon emissions from biodiesel combustion and its reduction by aftertreatment, Fuel, 96, 90–99, 2012.
Song H., Jacobs T.J., The influence of soot radiation on NO emission in practical biodiesel combustion, Fuel, 128, 281–287, 2014.