Technical Architecture - Virtual Vehicle
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Im Zuge der immer weiter gehenden<br />
Steigerung der Leistung moderner Verbrennungsmotoren<br />
steigt ebenso die<br />
erforderliche Kühlleistung, um die Bauteiltemperaturen<br />
des Motorblocks auf<br />
einem akzeptablen Niveau zu halten.<br />
In thermisch hoch belasteten Bereichen<br />
am Zylinderkopf beginnt das Kühlmittel<br />
lokal sogar zu sieden. In der konventionellen<br />
Auslegung von Kühlsystemen<br />
wurde dieses „Kochen des Kühlmittels“<br />
zumeist als negativer Effekt betrachtet.<br />
Es wurde daher versucht, das Einsetzen<br />
von Sieden zu verhindern. In der modernen<br />
Motorenentwicklung geht man von<br />
dieser Philosophie nunmehr bewusst ab.<br />
Da nämlich der Wärmeabtransport an<br />
ein siedendes Kühlmittel, weit größer ist<br />
als bei einem nicht siedenden Medium,<br />
macht man sich das Sieden zur Steigerung<br />
der Kühlleistung gezielt zunutze.<br />
Man betrachtet Sieden nicht mehr als<br />
unerwünschten Nebeneffekt im Hochlastbetrieb<br />
des Motors, sondern setzt<br />
das Sieden vielmehr bewusst ein, um<br />
lokal den Wärmeabtransport und damit<br />
die Kühlleistung signifikant zu steigern.<br />
Durch dieses Kühlkonzept können<br />
die Bauteiltemperaturen trotz immer<br />
kompakterer Bauweise der Zylinderblöcke<br />
auch bei Höchstlast im zulässigen<br />
Bereich gehalten werden. Der Einsatz<br />
dieses Kühlkonzeptes in der industriellen<br />
Motorenentwicklung erfordert eine<br />
möglichst realistische rechnerische Simulation<br />
des Kühlmittelkreislaufes.<br />
Zur Untersuchung des Wärmeübergangs<br />
bei Siedevorgängen wurde in Kooperation<br />
mit dem Institut für Strömungslehre<br />
und Wärmeübertragung der Technischen<br />
Universität Graz eine Versuchsanlage<br />
entwickelt.<br />
Projekt<br />
„Modellierung des Wärmeübergangs beim unterkühlten Strömungssieden an metallischen Oberfl ächen“<br />
Projekt „Modellierung des Wärmeübergangs beim unterkühlten<br />
Strömungssieden an metallischen Oberflächen“<br />
Diese Versuchsanlage enthält einen geschlossenen<br />
Kühlmittelkreislauf, in welchem<br />
über eine definierte Heizfläche<br />
Wärme ins Kühlmittel eingebracht wird.<br />
Die Temperatur der Heizfläche und der<br />
Wärmestrom über die Heizfläche werden<br />
gemessen. Weiteres Verständnis der<br />
Siedephänomene wird durch Aufnahmen<br />
mittels Hochgeschwindigkeitskamera<br />
und Geschwindigkeitsmessungen mittels<br />
Laser-Doppler-Anemometrie (LDA) gewonnen.<br />
Basierend auf den gewonnenen Messdaten<br />
soll im Zuge dieses Projekts ein<br />
Modell zur realistischen Beschreibung<br />
des Wärmeübergangs bei Siedevorgängen<br />
hergeleitet werden. Relevante<br />
Einflussfaktoren wie Kühlmittelzusammensetzung,<br />
Heizflächenorientierung,<br />
Oberflächenbeschaffenheit und Vibrationen<br />
sollen im Modell erfasst werden.<br />
Damit das Siedemodell auch in der Motorauslegung<br />
verwendet werden kann,<br />
muss es für die Implementierung in CFD-<br />
Codes geeignet sein.<br />
Zur Überprüfung der Praxistauglichkeit<br />
des Siedemodells wird es zur Simulation<br />
des Wärmeübergangs an realen Verbrennungskraftmaschinen<br />
angewendet.<br />
Projektpartner<br />
•<br />
•<br />
•<br />
•<br />
•<br />
AVL List GmbH<br />
BMW Motoren GmbH<br />
BASF AG<br />
MAN Steyr AG<br />
Institut für Strömungslehre und<br />
Wärmeübertragung, TU Graz<br />
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