بررسي اثر نيروي ترموفورتيك بر ته‌نشيني ذرات خروجي از اگزوز موتورهاي ديزل بعد از تونل رقيق‌سازي

Study the thermophoresis effect on the deposition of nano-particles from diesel engine exhaust after the dilution tunnel

هدف از انجام اين پژوهش، بررسي اثر نيروي ترموفورتيك بر ته‌نشيني ذرات نانو خروجي از اگزوز موتورهاي ديزل بعد از تونل رقيق‌سازي به ‌صورت عددي مي‌باشد. تونل رقيق‌سازي به‌منظور رقيق كردن گاز خروجي با هدف قابل اندازه‌گيري كردن آلاينده‌هاي آن توسط دستگاه‌هاي اندازه‌گيري به كار مي‌رود. به دليل وجود اختلاف دما ميان گاز خروجي از تونل رقيق‌سازي و ديواره‌هاي لوله، نيروي ترموفورتيك علاوه بر ديگر نيروي‌هاي مؤثر بر ذرات موجب ته‌نشيني ذرات مي‌شود. براي مدل‌سازي حركت ذرات و به دست آوردن ميزان ته‌نشيني ذرات از روش اويلري – لاگرانژي استفاده شده است. با توجه به اندازه‌ي ذرات خارج‌شده از اگزوز موتورهاي ديزل (از 5 تا 500 نانومتر)، نيروهاي پخش براني، ترموفورتيك، جاذبه و برآ به طور كامل مورد بررسي قرار گرفتند. پس از انجام اعتبار سنجي نتايج، سهم اثرگذاري هر يك از اين نيروها در گراديان‌هاي دماي مختلف به دست آمد. نتايج نشان داد كه با توجه به قطر ذرات مورد بررسي نيروي براني مهم‌ترين نيرو است كه مي‌بايست همواره در نظر گرفته شود. نيروي ترموفورتيك حتي با وجود اختلاف دماي كم نيز براي تمامي قطرها اثرگذار بوده و قابل صرف‌نظر كردن نمي‌باشد. بيشترين اثر اين نيرو براي ذرات با قطر 100 نانومتر مي‌باشد. نيروي جاذبه اثر بسيار كمي داشته و عملاً براي ذرات با قطر كمتر از 500 نانومتر تاثير كمي دارد. نيروي برآ هم تنها اثر ناچيزي بر روي ذرات با قطر 500 نانومتر ايفا مي‌كند. نتايج اين تحقيق كمك شاياني به شناخت جريان دو فاز گازهاي خروجي از اگزوز موتورها به‌ويژه پس از تونل رقيق‌سازي مي‌كند.

The aim of this paper was to study the thermophoresis effect on the deposition of nanoparticles from diesel engine exhaust after the dilution tunnel using a computational modeling approach. Dilution tunnel was used in order to dilute the exhaust gas to the extend that was suitable for the measurement systems. The Lagrangian particle tracking method was used to model the dispersion and deposition of nanoparticles. For the range of studied particle diameters (from 5 to 500 nm), the Brownian, thermophoresis, gravity and Saffman Lift forces are considered. After verifying the code, the importance of different forces was evaluated. Due to the temperature gradient between the exhaust gas and the pipe walls, particular attention was given to include the thermophoresis force in addition to the other forces acting on nanoparticles. The results showed that for the range of nanoparticle diameters studied, the Brownian force was the dominant force for particle deposition. Furthermore, the thermophoresis force was important even for relatively low temperature gradient and cannot be ignorable especially for larger particles. The maximum thermophoresis effect occurred for 100 nm particles. The gravity had negligible effects on nanoparticle deposition and can be ignorable for particles with diameter less than 500 nm. The Saffman lift also had negligible effects and its effect was noticeable only for the deposition of 500 nm particles. The results of this paper could provide an understanding of twophase flow emission from diesel engines especially after the dilution tunnel.