Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.19
no.3
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pp.83-89
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2011
Diesel engines can produce higher fuel efficiency and lower $CO_2$ emission, they are subject to ever more stringent emission regulation. However, there are two major emission concerns fo diesel engines like such as particulate matter (PM) and nitrogen oxides (NOx). Moreover, it is not easy to satisfy the regulations on the emission of NOx and PM, which are getting more strengthened. One of the solutions is to apply the new combustion concept using multistage injection such as HCCI and PCCI. The other solution is to apply after-treatment systems. For example, lean NOx trap catalyst, Urea-SCR and others have various advantages and disadvantages Especially, Urea-SCR system have advantages such as a high conversion efficiency and a wide operation conditions. Hence the key factor to implementation of Urea-SCR technology, good mixing of urea(Ammonia) and gas, reducing Ammonia slip. Urea mixer components are required to facilitate evaporation and mixing because the liquid state of urea poses significant barriers for evaporation, and the distance to mixer is the most critical that affect mixer performance. In this study, to find out the distance from injector to mixer and simulation factor, a laser diagnostics and high speed camera are used to analyze urea injector spray characteristics and to present a distribution of urea solution in transparent manifold In addition, Droplet Uniformity Index is calculated from the acquired images by using image processing method to clarify the distribution of spray.
Moon, Seong Joon;Jo, Nak Won;Oh, Se Doo;Lee, Ho Kil;Park, Kyoung Woo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.3
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pp.127-138
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2016
Diesel vehicles should be equipped with urea-selective catalytic reduction(SCR) system as a high-performance catalyst, in order to reduce harmful nitrogen oxide emissions. In this study, a three-dimensional Eulerian-Lagrangian CFD analysis was used to numerically predict the multiphase flow characteristics of the urea-SCR system, coupled with the chemical reactions of the system's transport phenomena. Then, the numerical spray structure was modified by comparing the results with the measured values from spray visualization, such as the injection velocity, penentration length, spray radius, and sauter mean diameter. In addition, the analysis results were verified by comparison with the removal efficiency of the nitrogen oxide emissions during engine and chassis tests, resulting in accuracy of the relative error of less than 5%. Finally, a verified CFD analysis was used to calculate the interanl flow of the urea-SCR system, thereby analyzing the characteristics of pressure drop and velocity increase, and predicting the uniformity index and overdistribution positions of ammonia.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.6
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pp.397-407
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2017
In this study, a SCR system is employed to selectively reduce $NO_X$, which is a major cause of environmental pollution and issues in diesel engines. In particular, this paper focuses on the combination of feedforward injection strategies, depending on the NO/$NO_X$ ratio, and feedback injection control, using $NH_3$ coverage ratio, based on a SCR model. A 2.2 L passenger diesel engine, which is equipped with a diesel oxidation catalyst (DOC) and a diesel particle filter (DPF), was used in the experiments. The developed control algorithm is implemented on a real-time computer with injection control algorithm. By analyzing the $NO_X$ emission measurement, the performance of the proposed injection control algorithm is verified.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.37
no.4
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pp.368-377
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2013
The Urea-SCR system commercialized shows a remarkable performance to reduce NOx emission in heavy duty diesel engines. However, Urea-water solution injected upstream a mixer, which is set up inside a exhaust pipe to promote exhaust gas-atomized droplet mixing, bumps up against the wall of a exhaust pipe as the droplets flow downstream through the exhaust gas. The urea deposited on the wall of the exhaust pipe is changed into the Urea-salt, resulting in the decreased life-time of the SCR catalysts. Therefore, the development of the urea deposition avoidance technologies is being treated as an important issue of the Urea-SCR systems. An experimental study was carried out to investigate the effects of the wall flow characteristics around the mixer-housing assembly with the variation of the mixer housing surrounding and supporting the mixer, which is designed to increase the wall flow and then to reduce droplet deposition. The flow characteristics was investigated by using a hot-wire anemometry for 2-D simplified duct model, and the housing tilt angles and the position of the mixer were changed : angle of $0^{\circ}$, $1^{\circ}$, $2^{\circ}$, $3^{\circ}$, and mixer positions of 0L, 0.5L, 1L. The results showed that the wall flow onto the exhaust pipe was improved with changing the tilt angle of the mixer housing, and the wall flow improved more when the position of the mixer was on 1L.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.1
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pp.1-7
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2016
A Urea-SCR(Selective Catalytic Reactor) system, which converts nitrogen oxides into nitrogen and water in the presence of a reducing agent, creates a major exhaust gas aftertreatment system for NOx reduction among other compounds. With regard to vehicle applications, a urea solution was chosen based on its eutectic composition of a 32.5wt% urea-water solution. An important advantage of this eutectic composition is that its melting point of $-11.7^{\circ}C$ is sufficiently low to avoid solidification in cold environments. However, the storage tanks must be heated separately in case of low ambient temperature levels to ensure a sufficient amount of liquid is available during scheduled start ups. In this study, therefore, a numerical investigation of three-dimensional unsteady heating problems analyzed to understand the melting processes and heat transfer characteristics including liquid volume fraction, temperature distributions, and temperature profiles. The investigations were performed using Fluent 6.3 commercial software that modeled coolant and electric heater models based on a urea solution. It is shown that the melting performance with the electric heater is higher than a coolant heater and is more efficient.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.25
no.5
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pp.261-268
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2013
Technologies for preventing contaminants deposition are a key issue in a modern duct system. When particulate matters deposit inside the exhaust pipes, which are widely used in the Urea-SCR system to reduce $NO_x$ emission from heavy duty diesel engines, many problems arise associated with increased flow resistance and corrosion. Therefore, the development of the urea deposition avoidance technologies is being treated as an important issue of the Urea-SCR system. An analytical study was carried out to investigate the effects of the wall flow around the mixer with the variation of the mixer housing surrounding and supporting the mixer, which is designed to increase the wall flow and then to reduce droplet deposition. The housing angles and the position of the mixer were changed:angles of $0^{\circ}$, $1^{\circ}$, $2^{\circ}$, and $3^{\circ}$, and mixer positions of 0 L, 0.5 L, and 1 L. The axial velocity distributions, maximum velocity, the half-width, and momentum distribution of the wall flow were investigated to examine the effect of the mixer-housing assembly geometry.
NOx emission has been controlled because it is a major cause of the acid rain and effects considerably on formation and destruction of ozone. A SCR system on diesel engine is necessary to clear TierIII, because IMO(International Maritime Organization) plans on tightening regulations to TierIII at $1^{st}$ January 2016. In this study, flow analysis was accomplished with ANSYS Fluent program so that the SCR system would be retrofitted in training ship KAYA and the temperature distributions of exhaust gas in SCR sytem were investigated after it was installed. As a result, it was confirmed that pressure and velocity distributions in SCR system were depended on pipe line shapes, then it was designed as the pressure was lower. The temperature differential between 1 and 3 point was $15^{\circ}C$ because of evaporative latent heat of urea and the temperature of 4 point after catalyst was increased by $5^{\circ}C$ than 3 point because of exothermic reaction.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.21
no.6
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pp.183-194
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2013
Liquid urea based SCR has been used in the market to reduce NOx in the exhaust emission of the diesel engine vehicle. This system has several problems at low temperature, which are freezing below $-12^{\circ}C$, solid deposit formation in the exhaust, and difficulties in dosing system at exhaust temperature below $200^{\circ}C$. Also, it is required complicated exhaust packaging equipment and mixer due to supply uniform ammonia concentration. In order to solve these issues, solid urea, ammonium carbonate, and ammonium carbamate are selected as ammonia sources for the application of solid SCR. In this paper, basic research on reaction rate of three ammonia-transporting materials was performed. TGA (Thermogravimetric Analysis) and DTA (Differential Thermal Analysis) tests for these materials are carried out for various heating conditions. From the results, chemical kinetic parameters such as activation energy and frequency factor are obtained from the Arrhenius plot. Additionally, from test results of DSC (Differential Scanning Calorimeter) for these materials, chemical kinetic parameters using the Kissinger method are calculated. Activation energies of solid SCR from this experiment are compared with proper data of literature study, then obtained data of this experiment are used for the design of reactor and dosing system for candidate vehicle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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