Tropfennahe Umgebung

Modellierung der Transportmechanismen in der nahen Umgebung von verdunstenden Kraftstofftropfen

Projektbeschreibung

____________________________________________________________________________________________

Diskussionen über den Klimawandel und den negativen Einfluss von Treibhausgasen wie CO₂ haben zu strengeren Grenzwerten für neue Motorengenerationen im Automobilsektor geführt. Numerische Motorsimulationen haben sich hierbei als nützliches Werkzeug erwiesen, um die gestiegenen gesetzlichen Anforderungen zu erfüllen. CFD Simulationen sind in der Lage schnell und kostengünstig Ergebnisse zu liefern, um experimentelle Untersuchungen zu unterstützen und den Entwicklungsprozess zu beschleunigen.

Ein fundiertes Verständnis des Einspritzungs- und Gemischbildungsprozesses in direkteinspritzenden Ottomotoren ist die Voraussetzung, um die nachfolgende Verbrennung und Emissionsbildung zu optimieren. Allerdings zeigte eine Sensitivitätsstudie des Verdunstungsmodells, welches üblicherweise in Lagrange’schen Spray Simulationen verwendet wird, Defizite bei feinen Gitterauflösungen, welche jedoch gewünscht sind, um lokale Gradienten im Temperatur-, Spezies- und Geschwindigkeitsfeld aufzulösen. Darüber hinaus wurde das Verdunstungsmodell an Hand des Spezialfalls eines verdunstenden Einzeltropfens hergeleitet und ist somit nicht in der Lage, Tropfen-Tropfen Interaktionen zu berücksichtigen wie sie in dichten Sprays üblicherweise auftreten. Folglich war das Ziel des vorliegenden Projektes die Entwicklung eines verbesserten Verdunstungsmodells, welches auch kleine Gitterkantenlänge zu Tropfendurchmesser Verhältnisse und Tropfen-Tropfen Interaktionen berücksichtigen kann.

Zu diesem Zweck wurden Simulationen des Einspritzungs- und Gemischbildungsprozesses eines Ottomotors für verschiedene Lastpunkte und Drehzahlen durchgeführt und hieraus der Parameterraum der lokalen Tropfenverdunstung extrahiert. Auf Basis dieser Bedingungen wurden hoch aufgelöste Tropfensimulationen durchgeführt, um die relevanten Phänomene zu identifizieren, welche die Tropfenverdunstung beeinflussen. Hieraus wurde schließlich ein verbessertes Verdunstungsmodell abgeleitet, welches gitterunabhängige Ergebnisse liefert und in der Lage ist Tropfen-Tropfen Interaktionen zu berücksichtigen. Dieses Projekt liefert den beteiligten Industrieunternehmen ein umfassendes Verständnis des Tropfenverdunstungsprozesses. Das entwickelte Verdunstungsmodell ist leicht zu implementieren und kann dabei helfen die Genauigkeit von Motorsimulationen zu verbessern.

Weitere Informationen und Unterlagen

____________________________________________________________________________________________

Der Abschlussbericht zum Projekt "Modellierung der Transportmechanismen in der nahen Umgebung von verdunstenden Kraftstofftropfen".

Kontakt

____________________________________________________________________________________________

Jörn Hinrichs         Institut für Technische Verbrennung (ITV), RWTH Aachen University

Karin Schlottke     Institut für Thermodynamik der Luft- und Raumfahrt (ITLR), Universität Stuttgart

Förderung

____________________________________________________________________________________________

Das IGF-Vorhaben (19320 N) der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschine (FVV) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.