انتخاب مبدل کاتالیزوری بهینه برای موتورهای اشتعال جرقه ای بر اساس شرایط عملکردی و آلایندگی موتور

در این پروژه ابتدا یک مدل یک بعدی از مبدل کاتالیزوری سه منظوره توسعه داده شده است. این مدل شامل معادلات انرژی و بقای گونه های شیمیایی در فاز گاز و جامد می باشد. برای محاسبه نفوذ در فاز جامد از مدل ضریب تاثیر استفاده شده است. روابط نرخ واکنش های اکسایش و کاهش روی سطح از نوع لنگمور- هینشلوود بوده و در آن اثر جذب و دفع روی سطح کاتالیزور در ضرایب روابط نرخ واکنش دیده شده است. بعد از صحه گذاری مدل، از آن برای بررسی اثر پارامتر های گاز ورودی به مبدل و همچنین اثر مشخصات هندسی مبدل در عملکرد آن، استفاده شده است. همچنین اثر ضرایب انتقال جرم و حرارت در عملکرد مبدل بررسی شده است. برای بررسی این موضوع، ضرایب انتقال بین 1 تا 5 برابر حالت جریان لایه ای افزایش داده شده است. در عمل این کار با مغشوش کردن جریان داخل کانال مبدل و کاهش عدد رینولدز بحرانی امکان پذیر است. با تعریف دو تابع به صورت کمی اثر تغییر ضرایب انتقال بر روی زمان فعال شدن و افزایش بازده مبدل در حالت های مختلف عملکردی موتور بررسی شده است. تابع مربوط به زمان فعال شدن به صورت جذر مجموع مربعات زمان فعال شدن گونه های شیمیایی مختلف و تابع مربوط به بازده به صورت جذر مجموع مربعات اختلاف بازده مبدل تا بازده 100 درصد در حالتهای عملکردی مختلف موتور است. بنابراین برای بهینه سازی، هر دو تابع اول و دوم باید مینیمم شوند. این بررسی نشان می دهد که افزایش این ضرایب باعث کاهش زمان فعال شدن مبدل می شود ولی اثر آن در بازده حالت پایا، بر حسب شرایط عملکردی موتور متفاوت است. نتایج نشان داد که افزایش ضرایب انتقال به بیش از 5 برابر حالت جریان لایه ای اثر قابل ملاحظه ای بر زمان فعال شدن مبدل ندارد و همچنین با افزایش این ضرایب در محدوده 23/2 تا 3 برابر حالت جریان لایه-ای، بیشترین افزایش بازده را در کل نقاط عملکردی موتور در حالت پایا خواهد داشت. بنابراین مغشوش کردن جریان داخل کانال مبدل که باعث افزایش ضرایب انتقال می شود، دارای یک محدوده بهینه است که در آن می توان به بیشترین افزایش بازده مبدل و کمترین زمان فعال شدن دست یافت.