Publications / Résultats
(Allemand)
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Das Jahr 2004 kann rückblickend als erfolgreiches Jahr für die Simulation gewertet werden. Die erfolgsversprechenden Ansätze respektive Methoden haben sich im Verlaufe des Jahres herauskristallisiert. Mit den nun gewählten Ansatz Reaktionspfadanalyse, Wärmefreisetzungsanalyse und Optimierung mit bio-inspirierten Algorithmen scheint ein Durchbruch bei der Mechanismenreduktion gelungen zu sein. Zu bemerken ist jedoch, dass der Gültigkeitsbereich des skelettartigen Mechanismus auf ähnliche Randbedingungen, wie diejenigen die bei der Reduktion vorherrschten, beschränkt ist. Die Kopplung detaillierter und reduzierter Chemie mit instationärer Turbulenzwechselwirkung für Zündung und Flammausbreitung besteht ebenfalls. Gezielte 3-D Simulationen von Betriebspunkten unserer Projektpartner stehen bevor. Die Ergebnisse mit dem Vielzonenmodell sind vielversprechend. Diese werden nächstens bei ausgewählten Betriebspunkten unserer Projektpartner zur Anwendung gelangen. Parallel zu den numerischen Arbeiten wurden experimentelle Untersuchungen an der Hochdruck-Hochtemperatur Zelle (HDTZ) der ETH Zürich durchgeführt. Ziel dieser Vorversuche war es, Kenntnisse über die Möglichkeiten und Grenzen der Messtechniken im möglichst homogenen Fall zu gewinnen. Das angewandte Schlierenverfahren erwies sich als eine sehr sensitive Messtechnik, welche in Kombination mit der Schattenbildtechnik eine qualitative Unterscheidung zwischen der Flüssigphase und der Dampfphase ermöglicht. Gleichzeitig mit den Schlierenaufnahmen erlaubte die Aufnahme der passiven OH-Chemilumineszenz eine örtliche Zuordnung des Entflammungsortes. Durch den Einsatz von Photomultipliern und durch Druckindizierung wurde der Zündverzug für diverse Kraftstoffe bei unterschiedlichen Brennraumtemperaturen und –drücken untersucht. Da mit der HDTZ voll-homogene Gemische nicht untersucht werden können, wurde im Herbst 2004 ein Einhubtriebwerk (EHT, Rapid Compression Machine) in Betrieb genommen. Damit soll es möglich sein, unter definierten Bedingungen (p, T, λ) und nach Möglichkeit Homogenisierungsgrad, Zündverzüge und Zündorte zu bestimmen. Erste Messungen mit einer verhältnismässig frühen Einspritzung zur partiellen Homogenisierung wurden erfolgreich durchgeführt und ausgewertet.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Labor für Aerothermochemie und Verbrennungssysteme, ETH Zürich, IET-LAV
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Boulouchos,Konstantinos
Barroso,G.
Escher,A.
Documents annexés
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Rapport final
(Allemand)
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Das Projekt „Erarbeitung von Grundlagen für innovative Brennverfahren und motorische Arbeitsprozesse“ hat auf dem Gebiet der Simulation zur Erstellung von chemischen, reduzierten Reaktionsmechanismen von stochastischen Mehrzo-nenmodellen und zur Kopplung der reduzierten Chemie mit dreidimensionalen-reaktiven-fluid-mechanischen Simulation geführt. Diese Modelle ermöglichen die Einsicht in den Brennraum, um Verbrennungsphänomene für neue Brennverfahren verstehen zu können. Die verwendeten Reaktionsmechanismen repräsentieren die Chemie zweier Kraftstoffe. Der erste, n-Heptan, hat dieselähnliche Zünd- und Verbrennungseigenschaften. Der zweite, n-Butan, hat Zünd- und Verbrennungsei-genschaften zwischen Benzin und Diesel. Dies ermöglicht die Untersuchung von technischen Möglichkeiten mit alternati-ven Kraftstoffen. Die reduzierte Chemie wurde anhand von detaillierten Reaktionsmechanismen validiert und zeigte trotz ihrer Vereinfachung eine sehr gute Übereinstimmung. Die Modelle für die motorische Verbrennung wurden mit Messungen von der Universität Stuttgart und der Fachhochschule Dresden validiert und zeigten ebenfalls eine sehr gute Übereinstim-mung. Parallel zu den numerischen Arbeiten wurden erfolgreich experimentelle Untersuchungen am Einhubtriebwerk durchgeführt. Nach aufwändigen Modifikationen im Q1 und Q2 2005 konnte mit dem Einhubtriebwerk, welches seit August 2004 am Institut im Einsatz steht, ein Prüfstand realisiert werden, um unter definierten Bedingungen von T, p und λ sowie qualitativ abhängig vom Homogenisierungsgrad, Zündzeitpunkte sowie Zündorte zu bestimmen. Im Berichtsjahr wurden zahlreiche Versuche mit n-Butan, n-Heptan und Dieselkraftstoff durchgeführt. Messungen mit n-Heptan (dieselähnlich) zeigten einen Beginn der Wärmeumsetzung unabhängig vom Verbrennungsluftverhältnis. Allerdings spielt der Homogeni-sierungsgrad, resp. der Einspritzzeitpunkt eine entscheidende Rolle. Der direkte Vergleich von Messungen mit konventio-nellem Dieselkraftstoff und n-Heptan zeigt, dass der Zustand im Brennraum bei Beginn der Wärmeumsetzung praktisch identisch ist. Die unterschiedlichen Verdampfungseigenschaften führen zu einem tieferen Umsetzungsgrad bei Dieselkraft-stoff. Mittels der schnellen CMOS High-Speed Kamera konnten Aufnahmen der OH- und CH- Chemilumineszenz realisiert werden. Als grossen Erfolg kann die gewonnene Ausschreibung für die Weiterführung des Projektes „Homogene Dieselverbrennung“ gewertet werden. Der Beginn wird voraussichtlich 2007 sein. Dies als Auszeichnung für unsere bisherige, anerkannte Arbeit.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Labor für Aerothermochemie und Verbrennungssysteme, ETH Zürich, IET-LAV
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Boulouchos,Konstantinos
Barroso,G.
Escher,A.
Documents annexés
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