Estudio del campo lejano de chorros de Urea-Agua y de la formación de películas líquidas y depósitos en la línea de escape

Abstract

[ES] Durante las últimas décadas, la mayor preocupación por el medio ambiente ha desencadenado un endurecimiento en materia de normativa anticontaminante. Las limitaciones impuestas en las emisiones de óxidos de nitrógeno ha promovido el desarrollo de sistemas de post-tratamiento de gases de escape con el fin de reducirlas. Ejemplo de ellos es la Reducción Catalítica Selectiva, donde las características del chorro, compuesto por una solución urea-agua, y la interacción entre este y las paredes de la geometría donde se inyecta pueden afectar de forma notable a la eficiencia del sistema. Además, la interacción chorro/pared puede provocar la formación de películas líquidas y depósitos en la línea de escape que pueden acabar suponiendo un severo problema en los sistemas de post-tratamiento, llegando incluso a obstruirla por completo. Con el propósito de comprender la mezcla de la solución urea-agua con el aire circundante en presencia de paredes y estudiar la formación de películas líquidas en las mismas se ha desarrollado un estudio paramétrico imponiendo diferentes condiciones operativas. Dicho estudio se ha efectuado por medio de simulaciones computacionales empleando el software comercial CONVERGE CFD v3.0. Así, el objetivo principal del presente trabajo es recrear el proceso de inyeccción del chorro, los procesos químicos a los que se somete y su interacción con la pared para así determinar cuales son las condiciones más favorables para maximizar la cantidad de amoniaco generado a la vez que se evalúa el impacto de las condiciones de operación sobre la formación de películas líquidas en las paredes de la geometría computacional

[EN] During the last decades, nitrogen oxides emission limitations have become stricter, which has promoted the development of exhaust gas post-treatment systems in order to reduce these emissions. One example of such systems is Selective Catalytic Reduction, where the characteristics of the spray, made up of an urea-water solution, can significantly affect the efficiency of these systems. In addition, the spray/wall interaction can cause the formation of liquid films and deposits in the exhaust line that can be a serious problem in after-treatment systems, even completely clogging it. A parametric study imposing different operating conditions has been developed in order to understand the mixing of the urea-water solution with the surrounding air in the presence of walls and to study the formation of liquid films on them. This study has been carried out through simulations using the commercial software CONVERGE CFD v3.0. Thus, the main objective of the present study is to recreate the spray injection process, the chemical processes that it undergoes, and its interaction with the walls to analyze the most favorable conditions to maximize the amount of ammonia generated during the injection process at the same time that it is evaluated the impact of the operating conditions on the formation of liquid films on the walls of the computational geometry