Two dimensional quantification of soot and flame-soot interaction in spray combustion at elevated pressures

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: 100863

Schlüsselwörter (Deutsch)

TP0075;F-Verbrennung

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Two dimensional quantification of soot and flame-soot interaction in spray combustion at elevated pressures

Schlussbericht (Deutsch)

Zur Bestimmung der mittleren Partikelgrössen von Russ während der Diesel-Verbrennung haben wir die Methode der zeitaufgelösten laser-induzierten Inkandeszenz an der am PSI betriebenen Hoch-druck-Einspritzkammer eingesetzt. Das 2-Farben LII Experiment zur Bestimmung der Russpartikelgrösse und zur simultanen Registrie-rung räumlich aufgelöster Russemissions-Spektren wurde weiter verbessert. Transiente LII-Signale wurden zu verschiedenen Zeitpunkten nach Einspritzbeginn bei Gegendrücken zwischen 1 MPa und 3.5 MPa und bei Einspritzdrücken von 50-130 MPa aufgezeichnet. Das Abkühlverhalten der laser-aufgeheizten Partikel wurde durch Lösung der Transportgleichungen für Masse und Energie berechnet. Ein von Kock et al. zusammengestelltes thermo-physikalisches Modell1 wurde verwendet um theoretische berechnete Kurven an die experimentell bestimmten LII-Abklingkurven unter Variierung verschiedener Parameter anzupassen. Die Auswertungen ergaben mittlere Partikeldurchmesser der Russteilchen zwischen 10-20 nm, je nach Gasdruck, Einspritzdruck sowie dem Zeitpunkt nach Einspritzbeginn, (5-16 ms). Insbesondere zeigte sich, dass bei einer einge-stellten Gastemperatur von 773 K, einem Gasdruck von ca. 1.4 MPa und einem Einspritzdruck von 50 MPa der mittlere Partikeldurchmesser mit der Brenndauer kontinuierlich von ca. 10 nm auf 20 nm zunimmt. Unter den gegebenen Bedingungen wachsen demnach die Russteilchen noch 16 ms nach Einspritzbeginn. Die Ergebnisse waren weitgehend unabhängig von der Annahme einer konkreten Teilchenverteilung und der Umgebungstemperatur, was auf eine gute Robustheit der Auswertemethode hinweist.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Paul Scherrer Institut, Molekulare Dynamik

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Gerber,Thomas

Schlussbericht (Englisch)

Single-pulse time-resolved laser-induced incandescence (TiRe-LII) signal transients from soot particulates were acquired during unsteady high pressure Diesel combustion in a constant volume cell near top dead centre conditions typically found in a Diesel engine. Measurements were performed for initial gas pressures between 1 MPa and 3 MPa, injection pressures between 50 MPa and 130 MPa and laser probe timings between 5 ms and 16 ms after start of fuel injection. In separate experiments and for the same cell operating conditions, gas temperatures were deduced from spectrally resolved soot pyrometry measurements. Implementing the LII model of Kock et al.1 ensemble mean soot particle diameters were evaluated from least-squares fitting of theoretical cooling curves to experimental TiRe-LII signal transients. Since in the experiments the environmental gas temperature and the width of an assumed particle size distribution were not known, the effects of the initial choice of these parameters on retrieved particle diameters were investigated. It is shown that evaluated mean particle diameters are only slightly biased by the choice of typical size distribution widths and gas temperatures. For a fixed combustion phase mean particle diameters are not much affected by gas pressure, however they become smaller at high fuel injection pressure. At a mean chamber pressure of 1.4 MPa evaluated mean particle diameters increased by a factor of two for probe delays between 5 ms and 16 ms after start of injection irrespective of the choices of first-guess fitting variables, indicating a certain robustness of data analysis procedure.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Paul Scherrer Institut, Molekulare Dynamik

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Gerber,Thomas

Zugehörige Dokumente

• Two-dimensional quantification of soot and flame-soot interaction in spray combustion at elevated pressures - Final report [PDF] 338 kB