Abschlussbericht - Lehrstuhl Kraftwerkstechnik

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Prozessnahe, integrale Systemanalyse und Entwurf einer neuen Generation von Kombikraftwerken und dezentralen Wärmeversorgungsanlagen __________________________________________________________________ Die Korrelationen zwischen den kalkulierten Werten der minimalen Zündenergie und den gemessenen AFR-Zündungspunkten zeigen einen Weg zur Bestimmung der zu erwartenden zündbaren Gemischkonzentrationen in reellen Brennkammern aufgrund der simulierten minimalen Zündenergie. Die Variation der Drallerzeugerwinkel der drei Swirler ermöglichte eine Optimierung der Zündbarkeit und der Magerverlöschstabilität. Die Methode zur Bestimmung von Magerverlöschgrenzen basiert auf einer Analyse der Swirlerkombination. Mit Hilfe der parabolischen Gleichung läßt sich die Abhängigkeit der Magerverlöschstabilität von der Drallerzeugerwinkelkombination sehr gut abbilden. Auf Basis dieser Beziehung können die zu erwartenden AFR LBO - Werte berechnet werden. Im Zuge einer Untersuchung der Korrelation zwischen Magerverlöschstabilität und Zündbarkeit hat sich eine sehr starke Abhängigkeit beider Parameter voneinander gezeigt. Die Zündbarkeit sinkt mit zunehmender Stabilität. Andererseits ist die Wahrscheinlichkeit, hohe AFR- Zündungwerte bei sehr guter Verlöschstabilität zu erreichen, sehr gering. Durch geometrische Veränderung des Brennraumes wurde bei Konfigurationen mit „wide cone“ Flamme und sehr guter Zündwilligkeit eine Erhöhung der Magerverlöschstabilität erreicht. Dadurch wird eine hohe Zündbarkeit bei gleichzeitig zufriedenstellenden AFR LBO Werten möglich. Weiterhin wurde eine Parametergewichtung durchgeführt. Die Ergebnisse der Untersuchungen bestätigen, dass die Zündung am stärksten von der Brennstoffzerstäubungsqualität beeinflusst wird. Ein weiterer Parameter der Zündungsoptimierung ist die Variation der Drallerzeugergeometrie. Als Schlüsselparameter gilt dabei der Drallerzeugerwinkel und die geometrische Gestaltung des zweiten Swirlers. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die allgemeinen Parameter neuartiger Brennkammerkonzepte experimentell und numerisch untersucht wurden und die Zusammenhänge zwischen den einzelnen Parameter erläutert wurden. Die abgeleiteten Korrelationen sowie vorgeschlagenen und schließlich validierten Simulationswerkzeuge erlauben es, die Entwicklungsaufgaben effizienter durchzuführen. 57
Prozessnahe, integrale Systemanalyse und Entwurf einer neuen Generation von Kombikraftwerken und dezentralen Wärmeversorgungsanlagen __________________________________________________________________ Literaturnachweis [1] Berg, H. P., H. T. Izweik, T. Poojitganont, O. Antoshkiv: Anwendung fortschrittlicher Simulationswerkzeuge in der Wankelmotorenentwicklung ATZ / MTZ - Konferenz Virtual Powertrain Creation 2006. [2] Keane, R. D., Adrian, R. J.: Optimization of Particle Image Velosometries. Part I: Double Pulsed Systems; Measurement Science and Technology 1, pp. 1202-1215, 1990 [3] Keane, R. D., Adrian, R. J.: Theory of Cross-Correlation Analysis of PIV Images; Appl. Sci. Res., 49, pp. 191-215, 1992 [4] Lefebvre, A. H.: Atomization and Sprays. Atomization and Sprays, ISBN 0-89116- 603-3. New York: Hemisphere Publ. Corp., 1989. [5] Raffel, M., Willer, C. E., Kompenhans, J.: Particle Image Velocimetry, Springer- Verlag Berlin, ISBN 3-540-683-8, 1998 [6] D. W. Santon, A. M. Lippert, R. D. Reitz, Ch. J. Rutland: Influence of Spray-Wall Interaction and Fuel Films on Cold Starting in Direct Injection Diesel Engines. SAE International Fall Fuels and Lubricants Meeting. 1998. SAE 982584 [7] Staufer, M.: Modelling of Ignition in Aero-Engine Combustion Chambers in Application to Lean Burn Modules. Report. Berlin Universty of Technolgy. 2003 TSI: Insight NT , Particle Image Velocimetry Software; Version 3.3, Instruction Manual, TSI Incorporated, 2000 58
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