Otomobil egzoz sistemlerinde kullanılan katalitik konvertörlerin ısıl analizi

İçten yanmalı motorlar özellikle ikinci dünya savaşından beri oldukça yaygın bir kullanım alanı bulmaktadırlar. Performans ve verim değerlerinin artırılması için yapılan birçok çalışmanın yanı sıra atmosfere saldıkları zararlı gazlar nedeniyle de birçok çalışmaya konu olmaktadırlar. Bunun nedeni motordan salınan egzoz gazlarının insan sağlığı ve çevreye zararlarının oldukça fazla olması ve her geçen gün küresel ısınma ve çevre kirliliği gibi etmenler dolayısıyla daha fazla fark edilmesidir. İçten yanmalı motorların en yaygın kullanıldığı alan otomobil endüstrisidir. Dünyada bugün yaklaşık 700 milyon otomobil olduğu ve 2030 yılında bu sayının 1,3 milyara çıkacağı da düşünüldüğünde yapılan bu çalışmaların gerekliliği görülmektedir[5]. Otomobillerin çevresel etkilerini azaltmak için kullanılan teknolojilerden birisi egzoz sistemine entegre edilen katalitik konvertörlerdir. Bu çalışmada içten yanmalı motorlardan salınan zararlı gazları dönüştürerek çevre ortama zararsız bir şekilde atılmasını sağlayan katalitik konvertörlerin ısıl davranışları incelenmektedir. Çalışmaya konu olan katalitik konvertör Ford marka bir ticari araçta kullanılmaktadır. Katalitik konvertör içerisinde oluşan kimyasal tepkimeler incelenerek bir boyutlu ve heterojen tepkime kabulü aracılığıyla yeni bir matematiksel model önerilmektedir. Bu model oluşturulurken literatürde daha önce yapılan çalışmalardan yararlanılmaktadır. Çalışmada 2 aşama bulunmaktadır. İlk aşamada katalitik konvertörde üretilen ısı miktarı hesaplanmaktadır. Bunun için literatürde daha önce yapılmış çalışmalar incelenmiştir. Bir boyutlu matematiksel model kurularak bu modelin değişen koşullar için ürettiği ısı miktarlarını ortaya çıkarması hedeflenmiştir. İkinci aşamada ise katalitik konvertör içerisindeki sıcaklık değişimini radyal ve eksenel olarak hesaplayan bir matematiksel model önerilmektedir. Matematiksel model ortaya çıkarılırken Bessel denklemleri kullanılmaktadır ve sonuç olarak bu model verilen her koordinatta istenen sıcaklık değerini hesaplamaktadır. Çalışmanın daha sonraki kısmında daha önce matematiksel model kullanılarak yapılan hesaplamaların Ford laboratuarlarında alınan ölçümler ile karşılaştırılması ve hesaplanan değerlerin ne ölçüde gerçeğe uygun olduğu yorumlanmaktadır. Sonuç olarak bu matematiksel modeller kullanılarak yapılacak yeni tasarımların test yapılmadan önce istenilen sıcaklıklara çıkıp çıkmayacağının kullanışlı bir yoldan anlaşılması amaçlanmaktadır.