Modellierung und Validierung von reaktiven, instationären 2-Phasenströmungen

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: 36867

Schlüsselwörter (Deutsch)

TP0075;F-Verbrennung

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Modellierung und Validierung von reaktiven, instationären 2-Phasenströmungen

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Teil A: Einfluss von sauerstoffhaltigen Brennstoffen auf die Russbildung in einer DiffusionsflammeBei vorliegenden Untersuchung wurde der Einfluss von Ethan, Dimethylether und Methylal (letztere beide sauerstoffhaltige Brennstoffe) auf die Russbidlung in einer Ethylenflamme quantitative bestimmt. Russvolumenbruchmessungen mittels LII an einer laminaren Ethylen-Diffusionsflamme haben gezeigt, dass die Zugabe von geringen Mengen Fremdgas eine Erhöhung des Russinhaltes in der Flamme zur Folge haben. Erst bei Substitution von mehr als 20 % des Ethylens durch das jeweilige Testgas führte zur Russreduktion in der Flamme. Hierbei wurde klar festgestellt, dass das Russreduktionspotenzial in der Reihenfolge Methylal, DME und Ethan abnimmt. Die Aufnahme von zweidimensionalen Russvolumenbruchfeldern erlaubt es die Russbildung über die Höhe der Flamme zu verfolgen und genauere Aussagen über den Verlauf der Russbildung und -Oxidation zu machen.Teil B: Experimentelle Untersuchungen zu Spraystruktur in transienten, verdampfenden und nicht verdampfenden Brennstoffstrahlen unter HochdruckDie Parameter der globalen Einspritzstrahlausbreitung unter motorischen Bedingungen wurden mit der Schattenbild-Technik experimentell untersucht. Durch die Variation von Gasdruck und Gastemperatur konnte der Einfluss der Verdampfung auf die Einspritzstrahlpenetration und die Strahlwinkel bestimmt werden. Die insgesamt 84 Parameterkombinationen ermöglichen eine umfangreiche experimentelle Datenbank, mithilfe derer Simulationsmodelle und CFD Codes weiterentwickelt und validiert werden können. Diese Daten werden mit punktuellen Messungen von Tropfengeschwindigkeit im Einspritzstrahl ergänzt.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Eidg. Technische Hochschule

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Boulouchos,Konstantinos
Schneider,Bruno
Kunte,Stephan

Schlussbericht (Deutsch)

Teil A: Einfluss von sauerstoffhaltigen Brennstoffen auf die Russbildung in einer DiffusionsflammeMittels verschiedener laseroptischer Messtechniken wurden die Russparameter Russvolumenbruch fV, Primärpartikeldurchmesser dP und Russtemperatur TR in laminaren Diffusionsflammen für verschiedene Zumischungen der Testbrennstoffe DME (sauerstoffhaltig) und Ethan (parafinisch) zum Basisbrennstoff Ethylen (olefinisch) bestimmt. Die experimentellen Ergebnisse zeigen für beide Versuchsbrennstoffe eine Reduktion des Russes in der Flamme, wobei DME einen wesentlich wirksamer die Russbildung unterdrückt und die ?oxidation fördert.Erklärungsansätze können durch die numerische Simulation der jeweiligen Reinbrennstoffflammen geliefert werden. Gleichgewichtsberechnungen ergeben eine Erhöhung des Wassergehaltes in der Flamme, was eine Russminderung verursachen kann.Die experimentellen Resultate liegen in einer umfangreichen Datensammlung vor, welche zur Validierung und Verbesserung zukünftiger numerischer Russmodelle herangezogen wird.Teil B: Experimentelle Untersuchungen zu Spraystruktur in transienten, verdampfenden und nicht verdampfenden Brennstoffstrahlen unter HochdruckDie zeitabhängige Ausbreitung des Einspritzstrahls wurde mit der Schattenbildtechnik erfasst, als Versuchträger diente die Hochtemperatur- und Hochdruckzelle des LAV. Der Einsatz der Konstantvolumenzelle erlaubte eine sehr grosse Variation der Umgebungsbedingungen für die Experimente, wodurch neue Erkenntnisse über das Einspritzstrahlverhalten unter hohem Gasdruck resp. bei hohen Gastemperaturen gewonnen werden konnten. Die lokalen Tropfengrössen und Tropfengeschwindigkeiten wurden mittels Phasen Doppler Anemometrie bestimmt. Sie geben Auskunft über die Qualität des Strahlaufbruchs resp. der weiteren, sekundären Atomisierung. Die Auswirkung der Gastemperatur auf die mittleren Tropfengrössen ist sehr gross, dagegen zeigt eine Variation der Gasdichte keinen Einfluss auf die entstehenden Tropfengrössen.Die ermittelten Sprayparameter sind hochwertige Basisdaten resp. Referenzdaten für die numerische Simulation der Sprayausbreitung. Die Parameterauswahl ist äusserst weit gefasst, was für die erforderliche Validierung von grossem Wert ist.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:


Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Boulouchos,Konstantinos
Schneider,Bruno
Kunte,Stephan

Zugehörige Dokumente

• Modellierung und Validierung von reaktiven, instationären 2-Phasen Strömungen - Schlussbericht [PDF] 1'832 kB