CFD simulations of platinum hydrogen catalyst with application in heavy-duty combustion engine
2025 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesis
Abstract [sv]
Transportsektorn är en av de mest förorenande sektorerna i Europa, och dess avkarboniseringhar gjort små framsteg under de senaste 20 åren. Denna avhandling undersöker användningenav katalytisk väteförbränning (CHC) över platina som en metod för att förvärma insugsluften i tunga förbränningsmotorer under kallstartsförhållanden. Syftet är att minska utsläppen och samtidigt stödja omställningen mot utsläppsfria fordon. Med hjälp av CFD-programvaran STAR-CCM+ implementerades en detaljerad ytreaktionsmekanism för att simulera CHC i enenskild kanal av en kommersiell monolitisk katalysator.En serie parametriska studier genomfördes för att utvärdera inverkan av viktiga design- och driftsvariabler, inklusive kanalitet, katalysatorlängd, luft-till-bränsle-ekvivalensförhållande (λ)och inloppstemperatur. Resultaten visar att vätekonversionen är som högst när katalysatorn är längre och blandningen är rikare.I samtliga fall uppnås en hög vätekonversion ett lovande resultat som dock kräver valideringoch vidare undersökning för att bekräftas
Abstract [en]
The transportation industry is one of the most polluting sectors in Europe, and its decarbonisation has seen little progress in the past 20 years. This thesis investigates the useof catalytic hydrogen combustion (CHC) over platinum as a method to preheat intake air inheavy-duty internal combustion engines (ICEs) during cold-start conditions. The aim is toreduce emissions while supporting the transition toward zero-emission vehicles. Using the CFD software STAR-CCM+, a detailed surface reaction mechanism was implemented to simulate CHC in a single channel of a commercial monolithic catalyst.A series of parametric studies was conducted to evaluate the influence of key design andoperational variables, including channel density, catalyst length, air-to-fuel equivalence ratio(λ), and inlet temperature. Results show that hydrogen conversion is highest when the catalystis longer and the mixture is richer.In all cases, a high hydrogen conversion is achieved, a promising result that nonetheless requiresvalidation and further investigation to be confirmed.
Place, publisher, year, edition, pages
2025. , p. 55
Series
TRITA-ITM-EX ; 2025:572
Keywords [en]
Hydrogen combustion, Catalysis, Cold start emissions, Platinum catalyst, Heavy-duty vehicles, CFD simulation, Zero-emission vehicles, Alternative fuels, Surface reactions, STAR-CCM+
Keywords [sv]
Väteförbränning, Katalys, Kallstartsutsläpp, Platinakatalysator, Tunga fordon, CFD-simulering, Utsläppsfria fordon, Alternativa bränslen, Ytreaktioner, STAR-CCM+
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-372228OAI: oai:DiVA.org:kth-372228DiVA, id: diva2:2010311
Supervisors
Examiners
2025-10-302025-10-30