Modellazione CFD di sistemi di abbattimento SCR per motori a combustione interna a ciclo diesel

Diesel internal combustion engines, characterised by a low fuel consumption and reduced CO2 emission, are a good answer in a world where environmental matters are becoming more and more important. The high NOx (NO+NO2) emission is the major problem of the lean combustion (oxigen rich), that occurs in these engines. The emission regulation, limiting the vehicles emissions, are continuously lowering the pollution levels, in particular for the NOx. For these reasons suitable and efficient catalytic after-treatment processes are studied to reduce the pollutant emissions. With the goal to accelerate the design and realisation time it is very useful a modeling tool that performs a simulation of the complete process: thermal, chemical and fluidodynamic. The purpose of this work is to develop a 3-D model suitable to simulate the chemical process going on in a SCR reactor. After a preliminary study of catalytic selective reduction, the calculation model has been implemented in the OpenFOAMR° code. The model has been realised building new classes and modifying pre-existing ones in a way to simulate the overall process. Finally with the goal to validate the model have been compared the numerical results to the data available in the literature pointing out a similar trends between the model and the measurements.

L’impiego di motori Diesel, caratterizzati da minor consumo di combustibile e ridotte emissioni di CO2, è una scelta necessaria per un trasporto su gomma più sostenibile. Il maggior problema legato alla combustione magra (con eccesso di O2), tipica di questi propulsori, è l’elevata emissione di NOx (NO+NO2). Le future norme, che limitano le emissioni dei veicoli, impongono limiti sempre più stringenti, sopratutto per gli NOx. Per questi motivi la progettazione di sistemi di post-trattamento dei gas combusti, più efficienti e quindi più complessi, necessita di strumenti di modellazione in grado di simulare in maniera completa il processo, dal punto di vista termico, chimico e fluidodinamico, così da ridurre i tempi di progettazione e realizzazione dei sistemi stessi. Lo scopo di questo lavoro di tesi è la realizzazione di un modello 3-D in grado di simulare i processi chimici che avvengono all’interno di un reattore SCR. Dopo uno studio iniziale del processo catalitico selettivo, è stato creato il modello di calcolo sfruttando le potenzialità del software opensource OpenFOAM. Il modello è stato realizzato creando delle classi ex-novo e modificando classi presistenti in modo da simulare il processo nel suo complesso. Infine è stato validato il modello confrontando i risultati con i dati ricavati in letteratura ed è stata verificata la buona aderenza dei risultati forniti dal modello stesso rispetto ai dati sperimentali.