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Detailed modeling and simulation of automotive exhaust NO_1tnx reduction over rhodium under transient lean-rich conditions [Elektronische Ressource] / presented by Qingyun Su

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Detailed Modeling and Simulation of Automotive Exhaust NO xReduction over Rhodium under Transient Lean-Rich Conditions D I S S E R T A T I O N submitted to the Combined Faculties for the Natural Sciences and for Mathematics of the Ruperto-Carola University of Heidelberg, Germany for the degree of Doctor of Natural Sciences presented by Qingyun Su, M.Sc. Born in Linyi, Shandong, China Examiners: Prof. Dr. Uwe Riedel Prof. Dr. Jürgen Wolfrum Heidelberg, June 26, 2009 Inderdisziplinäres Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen Ruprecht - Karls - Universität Heidelberg 2009 D I S S E R T A T I O N submitted to the Combined Faculties for the Natural Sciences and for Mathematics of the Ruperto-Carola University of Heidelberg, Germany for the degree of Doctor of Natural Sciences presented by Qingyun Su, M.Sc. Born in Linyi, Shandong, China Heidelberg, June 26, 2009 T i t l e Detailed Modeling and Simulation of Automotive Exhaust NO xReduction over Rhodium under Transient Lean-Rich Conditions Examiners: Prof. Dr. Uwe Riedel Prof. Dr.

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Published 01 January 2009
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Language English
Document size 6 MB
Detailed Modeling and Simulation of Automotive Exhaust NOxReduction over Rhodium under Transient Lean-Rich Conditions
D I S S E R T A T I O N submitted to the Combined Faculties for the Natural Sciences and for Mathematics of the Ruperto-Carola University of Heidelberg, Germany for the degree of Doctor of Natural Sciences presented by Qingyun Su, M.Sc. Born in Linyi, Shandong, China Examiners: Prof. Dr. Uwe Riedel Prof. Dr. Jürgen WolfrumHeidelberg, June 26, 2009 Inderdisziplinäres Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen Ruprecht Karls - Universität Heidelberg -2009
D I S S E R T A T I O Nsubmitted to the Combined Faculties for the Natural Sciences and for Mathematics of the Ruperto-Carola University of Heidelberg, Germany for the degree of Doctor of Natural Sciences
presented by Qingyun Su, M.Sc. Born in Linyi, Shandong, China Heidelberg, June 26, 2009
T i t l e Detailed Modeling and Simulation of Automotive Exhaust NOxReduction over Rhodium under Transient Lean-Rich ConditionsExaminers: Prof. Dr. Uwe Riedel Prof. Dr. Jürgen Wolfrum
Detailed Modeling and Simulation of Automotive Exhaust NOxReduction over Rhodium under Transient Lean-Rich Conditions
Abstract:In this thesis, processes on a rhodium based catalytic NOxdecomposition/reduction system operated under periodic lean/rich conditions are considered. The kinetic behavior of this system is simulated using a module of the CFD package DETCHEM, which treats the transient processes in the chemically reactive flow and couples those to microkinetic simulations based on multi-step reaction mechanisms. A detailed reaction mechanism over rhodium is extended and presented. The mechanism consists of oxidation reactions of CO and hydrogen and reduction reactions of NOx. The impact of temperature and temporal periods of the lean and rich phases on conversion of the pollutants is discussed. The trends of the experimentally observed and numerically predicted dynamic behaviors of the catalytic system agree well. The model could be applied in the design/optimization of catalytic exhaust after-treatment devices. Furthermore, this work potentially contributes to the development of applicable catalysts for vehicles equipped with diesel engines, lean-operated gasoline engines such as gasoline direct injection (GDI) engines. Detaillierte Modellierung und Simulation von rhodiumbasierten Abgaskatalysatoren zur NOx-Reduktion unter periodisch wechselnden mageren/fetten Bedingungen
Zusammenfassung:In dieser Arbeit wird ein auf Rhodium basierendes Katalyseverfahren für den Zerfall bzw. die Reduktion von NOxuntersucht. Hierbei werden die periodisch wechselnden mageren/fetten Bedingungen berücksichtigt. Die Kinetik dieses Systems wird mit der CFD-Software DETCHEM simuliert. Dabei werden die Übergangsprozesse in der reaktiven Strömung mit mikrokinetischen Simulationen, die auf Vielschritt-Reaktionen beruhen, gekoppelt. Ein detaillierter Reaktionsmechanismus für die Rhodiumkatalyse wird erweitert und präsentiert. Dieser beinhaltet Reaktionen für die Oxidation von CO und Wasserstoff und die Reduktion von NOx. Der Einfluss der Temperatur und der periodischen mageren/fetten Phasen auf die Umwandlung der Schadstoffe wird diskutiert. Ein Vergleich, der mit diesem Mechanismus erstellten Simulationen mit den experimentell erhaltenen Messdaten zeigt eine gute qualitative Übereinstimmung. Dieses Modell kann somit zur Entwicklung und Optimierung katalytischer Abgasreinigungssysteme genutzt werden. Darüber hinaus kann diese Arbeit dazu beitragen die Entwicklung von Katalysatoren für Fahrzeuge mit Diesel, und Benzin-Direkteinspritzermotoren (GDI) voranzubringen.
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