Combined Experimental and Numerical Investigation of Spray Propagation and Mixture Formation of Tailor-Made Fuels under Engine-Relevant Conditions

  Sprayvisualisierung WSA Schlieren Bilder eines motorischen Sprühstrahls ermöglichen die Visualisierung der Kraftstoffdampfphase: Der flüssige Strahlkern ist dunkel und wird von der Dampfphase

Die Gemischbildungsqualität ist essenziell für die Motorleistung und die Abgasemissionen. Eine qualitative experimentelle Untersuchung der TMFB-Kraftstoffe in der ersten Projektphase zeigte einen starken Einfluss der thermophysikalischen Stoffeigenschaften auf die Gemischbildung. In Zukunft wird diese Arbeit durch eine detaillierte quantitative Analyse erweitert werden, welche die Vorhersage der zeitlichen und räumlichen Gemischbildung ermöglichen wird. Die dafür verwendeten experimentellen Methoden sind die High-Speed-Visualisierung, welche einen Einblick in phänomenologische Vorgänge der Strahlausbreitung bietet und die Phasen-Doppler-Velocimetry, zur genaueren Untersuchung des Tropfenverhaltes im Spray.

Obwohl die experimentellen Untersuchungen der ersten Phase wertvolle Informationen über den Kraftstoffeinfluss auf die Gemischbildung hervorgebracht haben, sind Experimente zur Untersuchung des Einflusses von spezifischen Brennstoffeigenschaften nicht unabhängig anwendbar, da alle relevanten Eigenschaften gekoppelt sind (z. B. eine Erhöhung der Dichte der Flüssigkeit führt zu einer zunehmenden Viskosität der Flüssigkeit). Eine systematische Parameterstudie der Kraftstoffeigenschaften kann nur auf der Basis von numerischen Simulationen erreicht werden, wobei einzelne Kraftstoffeigenschaften unabhängig voneinander variiert werden können. Daher wird ein einheitliches Spray-Modell entwickelt werden, das über eine breite Palette von Kraftstoffeigenschaften validiert werden kann und welches eine vergleichsweise schnelle Vorhersage der zeitlichen Entwicklung des Sprays unter Diesel- und Ottomotor relevanten Bedingungen ermöglicht. Das Modell wird durch ein neues Mehrkomponenten-Tropfenverdunstungsmodell erweitert, das in direkter Zusammenarbeit mit dem Projekt IRF-3A-6(neu) geführt wird. Die komplementären experimentellen und numerischen Daten werden einen Input für die Analyse von Motorexperimenten liefern.