Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Wandwärmeübergang in Dieselmotoren

verfasst von: Universität Stuttgart

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Buchreihe : Wissenschaftliche Reihe Fahrzeugtechnik Universität Stuttgart

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Daniel Mayer stellt eine durchgängige 1D/3D-Simulationsmethodik vor, in welcher die genaue Temperaturverteilung am Kolben zunächst über ein 0D/1D-Motormodell vorausberechnet und anschließend als Randbedingung in einem transienten Wandtemperaturmodell implementiert wird, um in 3D-CFD-Simulationen die lokalen instationären Wandtemperaturschwingungen während der Verbrennung abbilden zu können. Im Zuge der Validierung mittels Oberflächentemperaturmessungen in Kombination mit einer entwickelten analytischen Rußschicht- bzw. Material-Korrektur zeigt der Autor, dass der neue Workflow sowie die gewählte Wärmeübergangsmodellierung grundsätzlich zufriedenstellende Ergebnisse liefern und für die zukünftige simulationsgestützte Brennverfahrensentwicklung eingesetzt werden können.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung und Zielsetzung

Zusammenfassung

Der dieselmotorische Verbrenner war seit den 90iger Jahren zusammen mit dem Ottomotor die dominierende Antriebstechnologie für Personenkraftverkehr in Europa - im Nutzfahrzeugbereich gilt er auch heute noch weltweit als „state of the art“. Mit der Manipulation von Abgaswerten im Jahr 2015 (siehe [26]) begann eine fortwährende Abwärtsspirale des einstigen Prunkstücks deutscher Ingenieurskunst, wie sukzessiv sinkende Absatzzahlen im Pkw-Bereich zeigen [34]. Trotz anhaltender Kritik, welche sicher nicht immer technisch einwandfrei sondern auch populistisch geführt wurde und wird, kann der Dieselmotor gerade heute im allseits angestrebten Antriebsmix der Zukunft einen Beitrag zu umweltfreundlicher Mobilität liefern [59, 60].

Daniel Mayer

Kapitel 2. Grundlagen der dieselmotorischen Verbrennung und Simulation

Zusammenfassung

In diesem Kapitel sollen die Grundlagen der dieselmotorischen Verbrennung anhand physikalischer Gesetzmäßigkeiten sowie numerischer Berechnungsmodelle vorgestellt werden. Im ersten Abschnitt 2.1 wird auf die Einspritzung und Gemischbildung im Dieselmotor eingegangen. Die in dieser Arbeit verwendete Methodik zur Berücksichtigung der Düseninnenströmung wird dabei genauer beleuchtet.

Daniel Mayer

Kapitel 3. Experimentelle Untersuchungen

Zusammenfassung

Das vorliegende Kapitel stellt die in dieser Arbeit durchgeführten experimentellen Untersuchungen vor. Zu Beginn wird eine Übersicht über die verwendeten Einspritzgeometrien gegeben. Abschnitt 3.2 befasst sich zunächst mit dem grundlegenden Aufbau des Versuchsträgers und der verwendeten Messtechnik zur Bestimmung der brennraumseitigen Oberflächentemperaturen.

Daniel Mayer

Kapitel 4. 0D/1D-Motormodell

Zusammenfassung

In diesem Kapitel sollen die wesentlichen Grundzüge des verwendeten 1-Zylinder-Motormodells aufgezeigt werden. In Abschnitt 4.1 werden zunächst die Eingangsgrößen für die zugrunde liegende Motorprozessrechnung vorgestellt. Anschließend erfolgt die Plausibilisierung anhand von Zylinderdruck- und Brennverläufen.

Daniel Mayer

Kapitel 5. Wärmeübergang in der 3D-CFD-Verbrennungssimulation

Zusammenfassung

In diesem Kapitel soll abschließend auf die Wärmeübergangsberechnung innerhalb der 3D-CFD-Simulation eingegangen werden. In Abschnitt 5.1 werden zunächst die wesentlichen Randbedingungen für die 3D-Simulation betrachtet. Es erfolgt ein Sprayabgleich sowie eine kritische Betrachtung des „Thin-Walls“ Modells zur Berechnung der transienten Wandtemperaturen während der Verbrennung.

Daniel Mayer

Kapitel 6. Ausblick

Zusammenfassung

Die Messkampagne der OT-Messungen war ein großer Mehrwert für das Verständnis der innermotorischen Wärmeübergangs-Prozesse sowie unverzichtbar für die Einordnung der simulativen Ergebnisse. Eine Ergänzung durch optische Motoruntersuchungen hinsichtlich Spray und Flammenausbreitung sind bei der Interpretation der lokalen Ergebnisse als hilfreich für zukünftige Forschungsarbeiten anzusehen. Zudem sind Oberflächentemperatur-Messungen hinsichtlich der Verfälschung durch Rußablagerungen als sehr kritisch einzuordnen, wobei die analytische Rußschicht-Korrektur ausdrücklich nicht universell einsetzbar ist.

Daniel Mayer

Backmatter

Titel: Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Wandwärmeübergang in Dieselmotoren
verfasst von: Universität Stuttgart
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-40889-3
Print ISBN: 978-3-658-40888-6
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-40889-3

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Über dieses Buch

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung und Zielsetzung

Kapitel 2. Grundlagen der dieselmotorischen Verbrennung und Simulation

Kapitel 3. Experimentelle Untersuchungen

Kapitel 4. 0D/1D-Motormodell

Kapitel 5. Wärmeübergang in der 3D-CFD-Verbrennungssimulation

Kapitel 6. Ausblick

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