Untersuchungen zur Aerosolabscheidung in AGR-Wärmetauschern:
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INHALTSVERZEICHNIS
KURZFASSUNG VII
SUMMARY IX
1 EINLEITUNG UND PROBLEMSTELLUNG 1
2 THEORETISCHE GRUNDLAGEN 3
2.1 DIESELABGAS 3
2.1.1 ENTSTEHUNG 3
2.1.2 EUROPAEISCHE ABGASGESETZGEBUNG 4
2.2 ABGASZUSAMMENSETZUNG 5
2.2.1 RUSSPARTIKEL 5
2.2.2 UNVERBRANNTE KOHLENWASSERSTOFFE 10
2.2.3 SCHWEFELSAEURE 11
2.2.4 STICKSTOFFOXIDE 11
2.2.5 WASSERDAMPF 12
2.2.6 SONSTIGE BESTANDTEILE 12
2.3 MASSNAHMEN ZUR SCHADSTOFFREDUKTION 13
2.3.1 ABGASRUECKFUEHRUNG 13
2.3.2 WEITERE VERFAHREN 16
2.4 FOULING VON AGR-KUEHLERN 17
2.4.1 DEFINITION FOULING 17
2.4.2 AUSWIRKUNGEN DES KUEHLER-FOULINGS 17
2.5 ABLAGERUNGSMECHANISMEN 18
2.5.1 DIFFUSION 19
2.5.2 SEDIMENTATION 20
2.5.3 ELEKTROSTATISCHE ABSCHEIDUNG 20
I
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IMAGE 2
INHALTSVERZEICHNIS
2.5.4 KONDENSATION 21
2.5.5 DIFFUSIOPHORESE 22
2.5.6 THERMOPHORESE 24
2.5.7 IMPAKTION 25
2.5.8 INTERZEPTION 26
2.5.9 EINFLUSS DES STROEMUNGSZUSTANDES 27
2.5.10 ANWENDUNGEN DER PARTIKELABSCHEIDUNG 28
2.6 DIE ABLAGERUNGSSCHICHT 28
2.6.1 REDUKTION DES SCHICHTWACHSTUMS DURCH ISOLIERENDEN EFFEKT . . 28
2.6.2 WIEDERABLOESUNG DER ABLAGERUNGSSCHICHT 29
2.6.3 EIGENSCHAFTEN DER ABLAGERUNGSSCHICHT 30
3 EXPERIMENTELLER TEIL 31
3.1 MODELLGASPRUEFSTAND 31
3.1.1 AUFBAU 31
3.1.2 MODELLKUEHLER 32
3.1.3 RUSSERZEUGUNG 33
3.1.4 AEROSOLCHARAKTERISIERUNG 35
3.1.5 ERZEUGUNG UNTERSCHIEDLICH ZUSAMMENGESETZTER AEROSOLE . . . . 37
3.2 CHEMISCHE CHARAKTERISIERUNG VERSCHIEDENER RUSSPROBEN 39
3.2.1 PROBENAHME 39
3.2.2 COULOMETRISCHE KOHLENSTOFFBESTIMMUNG 40
3.2.3 CHARAKTERISIERUNG DER KUEHLERABLAGERUNGEN 44
3.2.4 CHARAKTERISIERUNG MITTELS RAMAN-SPEKTROSKOPIE 44
3.2.5 NEUTRONENRADIOGRAPHIE 46
3.3 BESTIMMUNG KONDENSATMASSENSTROM 50
3.4 ABLAGERUNGSEXPERIMENTE 51
3.5 BESTIMMUNG DER PARTIKELGROESSENABHAENGIGEN ABSCHEIDEEFFIZIENZ . . . .
52
3.5.1 GROESSENABHAENGIGE ABSCHEIDEEFFIZIENZ 52
3.5.2 ERZEUGUNG MONODISPERSER AEROSOLE 53
3.5.3 VERSUCHSBEDINGUNGEN UND VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 55
3.5.4 ORTSAUFGELOESTE BESTIMMUNG VON PARTIKELKONZENTRATION UND
ABSCHEIDEEFFIZIENZ 55
II
IMAGE 3
4 BERECHNUNGEN 57
4.1 ZIELSETZUNG DER MODELLRECHNUNG 57
4.2 GRUNDLAGEN DER MODELLRECHNUNG 57
4.2.1 BESCHREIBUNG ABGAS 58
4.2.2 BESCHREIBUNG TEMPERATURPROFIL 58
4.2.3 BESCHREIBUNG STROEMUNGSZUSTAND 60
4.2.4 WEITERE ANNAHMEN 60
4.3 THERMOPHORESE 61
4.3.1 THERMOPHORESE IN EINEM LAMINAR DURCHSTROEMTEN ROHR 62 4.3.2
THERMOPHORESE IM DURCHSTROEMTEN RECHTECKFOERMIGEN KANAL . . 62
4.3.3 THERMOPHORESE IN EINEM TURBULENT DURCHSTROEMTEN ROHR . . . . 63
4.3.4 THERMOPHORETISCHE GESCHWINDIGKEIT 65
4.3.5 ISOTHERME ABSCHEIDEEFFIZIENZ 66
4.4 DIFFUSIOPHORESE 66
4.4.1 DIFFUSIONSKOEFFIZIENT 66
4.4.2 DIFFUSIOPHORETISCHE GESCHWINDIGKEIT 68
4.5 DIFFUSION 72
4.6 CHARAKTERISTISCHE ZEITEN 74
4.7 PARAMETERVARIATION 75
5 ERGEBNISSE UND DISKUSSION 76
5.1 AEROSOLCHARAKTERISIERUNG 76
5.2 COULOMETRISCHE KOHLENSTOFFBESTIMMUNG 77
5.2.1 FILTERPROBEN 77
5.2.2 ABLAGERUNGEN 78
5.3 CALCIUM- UND SULFATBESTIMMUNG 80
5.4 RAMAN-SPEKTROSKOPIE 81
5.5 NEUTRONENRADIOGRAPHIE 82
5.6 BESTIMMUNG KONDENSATMASSENSTROM 84
5.7 ABLAGERUNGSEXPERIMENTE 85
5.7.1 VARIATION DER VERSUCHSLAUFZEIT 85
5.7.2 TROCKENER RUSS (BETRIEBSPUNKT A) 85
5.7.3 ZUGABE VON WASSERDAMPF (BETRIEBSPUNKTE H UND I) 86 5.7.4 ZUGABE
VON HC (BETRIEBSPUNKTE F UND G) 86
III
IMAGE 4
INHALTSVERZEICHNIS
5.7.5 ZUGABE VON HC UND H 2 0 (BETRIEBSPUNKT J) 87
5.7.6 ZUGABE VON HC, H 2 0 UND H2SO4 (BETRIEBSPUNKTE B, C, E, K) 88
5.7.7 BESCHREIBUNG DER BEOBACHTETEN ABLAGERUNGEN 89
5.8 BESTIMMUNG DER PARTIKELGROESSENABHAENGIGEN ABSCHEIDEEFFIZIENZ . . . .
89 5.8.1 ABHAENGIGKEIT VON DEN TEMPERATURBEDINGUNGEN 89
5.8.2 ABHAENGIGKEIT VOM STROEMUNGSZUSTAND 90
5.8.3 ABLAGERUNG AM KUEHLEREINTRITT 91
5.8.4 ORTSAUFGELOESTE BESTIMMUNG VON PARTIKELKONZENTRATION UND
ABSCHEIDEEFFIZIENZ 95
5.8.5 ZUGABE VON HC 98
5.8.6 ZUGABE VON WASSERDAMPF 102
5.9 EFFEKTE DER KONDENSATION 103
5.10 BERECHNUNG DIFFUSION 105
5.11 BERECHNUNG THERMOPHORESE 107
5.11.1 VERHALTEN DER THERMOPHORETISCHEN GESCHWINDIGKEIT BEI AENDERUNG DER
TEMPERATURBEDINGUNGEN 107
5.11.2 VERHALTEN DER THERMOPHORETISCHEN GESCHWINDIGKEIT BEI AENDERUNG DES
STROEMUNGSZUSTANDES 108
5.11.3 VERHALTEN DER THERMOPHORETISCHEN ABSCHEIDEEFFIZIENZ IN
ABHAENGIGKEIT ZUM WANDABSTAND 110
5.11.4 VERGLEICH DER VERSCHIEDENEN BERECHNUNGSANSAETZE 110
5.12 BERECHNUNG DIFFUSIOPHORESE 112
5.13 BERECHNUNG MITTELS KONDENSATMASSENSTROM 112
5.13.1 BERECHNUNG MITTELS DAMPFDRUCKGRADIENT 115
5.13.2 BERECHNUNG DER ABSCHEIDEWAHRSCHEINLICHKEIT IN ANWESENHEIT VON
SCHWEFELSAEURE 117
6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 118
7 ANHANG 122
7.1 ABKUERZUNGEN UND SYMBOLE 122
7.2 GERAETEVERZEICHNIS 127
7.3 CHEMIKALIENVERZEICHNIS 128
8 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 130
IV
IMAGE 5
9 TABELLENVERZEICHNIS
10 LITERATURVERZEICHNIS
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