Katalitik Konvertörlerdeki Akış Dağılımının Cfd Tahmini Metoduyla Optimizasyonu

Abstract

Bu tezde, EuroIV emisyon kanunlarına uyumlu olacak bir araçta kullanılması düşünülen, bitişik tip (hemen egzoz manifoldu çıkışına konumlandırılmış) katalitik konvertör içindeki egzoz gaz akış dağılımı, CFD metodu yardımıyla, katalitik konvertöre farklı giriş konu dizaynları uygulanarak, optimize edilmiştir. Öncelikle, altyapı teşkil etmesi açısından, katalitik konvertörlerin yapısı, temelleri ve tipleri verilmiştir. Egzoz gaz akış dağılımının, bitişik tip katalitik konvertör dizaynı üzerindeki önemli rolü, farklı açılardan ve değişik örnekler verilerek ele alınmıştır. CFD metodunun, katalitik konvertörlerin, gaz akış dağılımlarının, optimizasyonunda kullanılmasının temelleri ve avantajları belirtilmiştir. Daha sonra, bitişik tip katalitik konvertörlerin bir parçası olan giriş konunun, dizaynlarının, konvertör içinde yer alan ve emisyon çevrim reaksiyonlarının içinde gerçekleştiği tuğla üzerindeki gaz akış dağılımını belirlemesi açısından önemi vurgulanmıştır. Sonuç olarak, bitişik tip katalitik konvertörün gaz akış dağılımı, önemli otomotiv üreticileri tarafından kullanılmakta olan akış dağılım hedefleri tutturuluncaya kadar, farklı giriş konu dizayn iterasyonları denenerek, CFD metodu yardımıyla optimize edilmiştir. Hedeflerin bir tanesinin neden yakalanamadığı ve yakalanması için neler yapılması gerektiği detaylarıyla verilmiştir. Ek olarak, CFD metoduyla belirlenen giriş konu dizaynını kullanan bitişik tip katalitik konvertör, motor dinamometresi ve emisyon testlerine tabi tutularak, yakalanamayan hedefin, katalitik konvertör yapısı dayanımına zararlı olmadığı ve CFD metodu sonuçlarının, aracın emisyon kanunlarına uyumunu desteklediği doğrulanmıştır.

In this thesis, exhaust gas flow inside a closed-coupled type catalytic converter, which is intended to be used on a EuroIV emissions legislations compliant vehicle, is optimized by CFD method applying different inlet cone designs to the catalytic converter. First of all; structure, fundamentals and types of catalytic converters are given as background information. The key role of exhaust gas flow uniformity on closed-coupled catalytic converter design is then explained from different perspectives and using various examples. Advantages and fundamentals of CFD method usage in gas flow uniformity optimization of catalytic converters are given in details. The importance of inlet cone design, which is a part of closed-coupled catalytic converter, is emphasized since it determines the gas flow distribution over the substrate that is a structure located inside the converter where emissions conversion reactions take place. Exhaust gas flow uniformity of the closed-coupled catalytic converter is optimized -till uniformity targets which are adopted by major automotive manufacturers are achieved- using CFD method by applying different inlet cone design iterations. The reason behind why one of the uniformity targets is not met and what could be done to meet that target are explained in details. Additionally, the closed-coupled catalytic converter with chosen inlet cone design is subjected to further engine dynamometer and emissions testing in order to confirm that the target which is not met is not detrimental to closed-coupled catalytic converter durability and in order to verify that the uniformity results obtained by CFD method supports emissions regulations compliancy of the vehicle.