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2018 | OriginalPaper | Buchkapitel

47. Strömungsmechanische Grundlagen

verfasst von : Dr.-Ing. Christian Krüger, Dr. rer. nat. Frank Otto

Erschienen in: Grundlagen Verbrennungsmotoren

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

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Zusammenfassung

Eine immer wesentlichere Rolle bei der Simulation motorischer Vorgänge spielt die 3‐D‐strömungsmechanische oder CFD‐Simulation (CFD: Computational Fluid Dynamics), da sie prinzipiell die detaillierteste physikalisch‐chemische Beschreibung der relevanten Prozesse ermöglicht. Sie ist aus der modernen Motorenentwicklung nicht mehr wegzudenken und unter dem Aspekt stetig wachsender Rechnerkapazitäten und ‐leistungen wird ihre Bedeutung auch weiterhin anwachsen. Mit CFD werden heute die verschiedensten Fragestellungen untersucht, vom Gaswechsel bis hin zur Kühlmittelströmung. Im Rahmen des vorliegenden Buches werden wir uns auf die Themenkomplexe Gaswechsel, Gemischbildung, Verbrennung und Aufladung beschränken.
CFD steht naturgemäß in Konkurrenz zu den null‐ und eindimensionalen sowie phänomenologischen Modellen, die bisher diskutiert wurden. Aufgrund des sehr viel höheren Aufwandes, der zur erfolgreichen Durchführung und Auswertung einer CFD‐Rechnung erforderlich ist, sollte im Zweifel gelten: Den (relativ) weniger aufwendigen 0‐D‐ und 1‐D‐Berechnungsansätzen gebührt der Vorrang. Erst wenn eine klar definierte, konkrete Fragestellung herausdestilliert ist, bei der man mit gutem Grund (bzw. zumindest mit einiger Hoffnung) davon ausgehen kann, dass sie mit CFD beantwortet werden kann (aber nicht ohne!), ist die Durchführung einer CFD‐Rechnung wirklich sinnvoll. Im geeigneten Fall kann natürlich gerade auch die Kombination von 0/1‐D‐ und 3‐D‐Simulation eine empfehlenswerte Lösung sein.

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Fußnoten
1
Dafür ist sie zusammen mit der inkompressiblen Kontinuitätsgleichung elliptisch im Druck!
 
2
Dies gilt bei Vorgabe eines äußeren Druck‐ und Kraftfeldes.
 
3
Es können allerdings Verdampfungsquellterme auftreten.
 
4
Bei turbulenter Strömung wird sich dieses Problem der unterschiedlichen laminaren Diffusionskonstanten nochmals deutlich entschärfen.
 
5
Die sogenannte Karman’sche Wirbelstraße.
 
6
Bei Motoren wird häufig behauptet, dies entspreche einer Mittelung über mehrere Zyklen. Es kann vor dieser etwas „anschaulicheren“ Interpretation aber nur gewarnt werden. Motorischen Zyklenschwankungen liegen zu einem Großteil Schwankungen der Randbedingungen zugrunde, z. B. des Einspritzstrahls oder des Restgasgehalts vom vorhergehenden Zyklus.
 
7
In der mathematischen Literatur wird das Integral dieser Funktion als Funktion der Parameter a und b als Betafunktion bezeichnet: \( B(a,b) = \int\nolimits_0^1 {{{(1 - Z)}^{a - 1}}} {Z^{b - 1}}{\text{d}}Z = \frac{{\Gamma (a)\Gamma (b)}}{{\Gamma (a + b)}}.\)
 
8
Die Gammafunktion ist gegeben als \( \Gamma (x) = \int\nolimits_0^\infty {{e^{ - t}}{t^{x - 1}}{\text{d}}t} \).
 
Literatur
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Metadaten
Titel
Strömungsmechanische Grundlagen
verfasst von
Dr.-Ing. Christian Krüger
Dr. rer. nat. Frank Otto
Copyright-Jahr
2018
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-19212-9_47

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