Rakowski, S: Multikomponentenverdunstungs- und Flash-Boiling

Kurzfassung

Trotz eines stetig steigenden Anteils von Diesel-Motor angetriebenen PKW auf zur Zeit über 40%, ist der Ottomotor immer noch die am weitesten verbreitete Antriebsquelle im PKW-Segment.
Im Gegensatz zum Diesel-Motor, weist der Otto-Motor aufgrund des Drei-Wege-Katalysators nur ein geringe Emissionsproblematik auf, und der Fokus in der Entwicklung richtet sich vermehrt auf den Verbrauch.
Mit neu entwickelten Einspritztechnologien können enorme Einsparpotenziale erschlossen werden, jedoch steigen mit den erworbenen Freiheitsgraden die Komplexität und damit auch die Systemkosten an.
Die CFD-Simulation bietet hier die Möglichkeit kostenaufwändige und langwierige Prüfstandsläufe einzusparen, in dem mittels geeigneter Ansätze (z.B. DOE) die Anzahl der Variationen gesenkt werden kann. Voraussetzung für zuverlässige Ergebnisse ist jedoch eine möglichst genaue Kenntnis der während der Einspritzung ablaufenden Vorgänge.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde deshalb ein erweitertes Multikomponenten-Modell entwickelt, welches im Gegensatz zu herkömmlichen Modellen nicht einen einkomponentigen Ersatzbrennstoff benutzt, sondern das reale Brennstoffgemisch mittels einer statistischen Verteilungsfunktion beschreibt.
Zudem wird dieser Ansatz mit einer diskreten aromatischen Spezies überlagert, um den Ein?uss von aromatischen Anteilen im Brennstoff auf den Verdunstungsvorgang aufzuzeigen.
Auf Basis des MK-Modells wird ebenfalls ein Flash-Boiling-Modell vorgestellt, welches den intensivierten Phasenübergang aufgrund der Überhitzung des Brennstoffes in der Düse abbildet. Beide Modelle werden in den CFD-Code KIVA-3V implementiert und mittels Mie-Schlieren-Untersuchungen an der schnellen Kompressionsmaschine sowie LIF-Untersuchungen in der Druckkammer validiert.

Schlüsselwörter : Benzin -Direkteinspritzung -Verdunstung -Flash-Boiling -CFD

Abstract

In spite of a steady increasing fraction of diesel engine driven cars, the gasoline engine is still the most