Ein Beitrag zur Prozessrechnung an Verbrennungsmotoren unter Berücksichtigung der realen Gaseigenschaften
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Die Prozessrechnung ist ein etabliertes Werkzeug zur Abbildung der thermodynamischen Vorgänge innerhalb von Verbrennungsmotoren. Das Arbeitsgas wird häufig als ideales Gas beschrieben und erlaubt so eine verhältnismäßig einfache Modellbildung. Allerdings ist das Verhalten eines Gases nur bis etwa 5 bar als ideal anzusehen, da bei höheren Drücken die intermolekularen Wechselwirkungen verstärkt zum Tragen kommen. Die Spitzendrücke in Verbrennungsmotoren sind im Serieneinsatz bereits > 200 bar und liegen damit deutlich oberhalb der genannten Grenze. In Forschungsprojekten wurden sogar Spitzendrücke von bis zu 365 bar untersucht.
In dieser Arbeit wird ein Ansatz vorgestellt, der die realen Gaseigenschaften des Abgases innerhalb der Prozessrechnung berücksichtigt. Grundlage des entwickelten Modells ist eine chemische Gleichgewichtsrechnung, deren Ergebnis die Zusammensetzung des Abgases liefert. Die Berücksichtigung der realen Gaseigenschaften erfolgt mittels der Virialgleichung, die aufbauend auf der chemischen Gleichgewichtsrechnung mit den Konzentrationen der jeweiligen Spezies parametriert wird. Die Virialgleichung ist vollständig analytisch lösbar und wird für einen Druckbereich von bis zu 400 bar validiert.
Die Ergebnisse an einem Forschungs-Ottomotor zeigen, dass die chemische Gleichgewichtsrechnung die physikalischen Wirkzusammenhänge sowohl im unter- als auch im überstöchiometrischen Bereich plausibel abbildet.
Messungen an einem Forschungs-Dieselmotor belegen den Einfluss der Realgaseigenschaften auf den Arbeitsprozess. Die Abweichungen im berechneten Zylinderdruck betragen bei einem Spitzendruck von 170 bar unter der Vernachlässigung des realen Gasverhaltens bis zu 6 bar, wohingegen die Abweichungen unter Berücksichtigung der Realgaseigenschaften auf einem deutlich geringeren Niveau liegen. Darüber hinaus werden diese Abweichungen anhand von Simulationsrechnungen für Spitzendrücke von bis zu 400 bar abgeschätzt.
Weiterhin erfolgt die Angabe der Abweichung des Zylinderdrucks im oberen Totpunkt zwischen idealem und realem Gasverhalten im geschleppten Motorbetrieb in Abhängigkeit vom Ladedruck und vom Verdichtungsverhältnis. Durch diese Darstellung ist eine Abschätzung des Realgaseinflusses auf die Arbeitsprozesse von Motoren mit unterschiedlichen Brennverfahren möglich.
In dieser Arbeit wird ein Ansatz vorgestellt, der die realen Gaseigenschaften des Abgases innerhalb der Prozessrechnung berücksichtigt. Grundlage des entwickelten Modells ist eine chemische Gleichgewichtsrechnung, deren Ergebnis die Zusammensetzung des Abgases liefert. Die Berücksichtigung der realen Gaseigenschaften erfolgt mittels der Virialgleichung, die aufbauend auf der chemischen Gleichgewichtsrechnung mit den Konzentrationen der jeweiligen Spezies parametriert wird. Die Virialgleichung ist vollständig analytisch lösbar und wird für einen Druckbereich von bis zu 400 bar validiert.
Die Ergebnisse an einem Forschungs-Ottomotor zeigen, dass die chemische Gleichgewichtsrechnung die physikalischen Wirkzusammenhänge sowohl im unter- als auch im überstöchiometrischen Bereich plausibel abbildet.
Messungen an einem Forschungs-Dieselmotor belegen den Einfluss der Realgaseigenschaften auf den Arbeitsprozess. Die Abweichungen im berechneten Zylinderdruck betragen bei einem Spitzendruck von 170 bar unter der Vernachlässigung des realen Gasverhaltens bis zu 6 bar, wohingegen die Abweichungen unter Berücksichtigung der Realgaseigenschaften auf einem deutlich geringeren Niveau liegen. Darüber hinaus werden diese Abweichungen anhand von Simulationsrechnungen für Spitzendrücke von bis zu 400 bar abgeschätzt.
Weiterhin erfolgt die Angabe der Abweichung des Zylinderdrucks im oberen Totpunkt zwischen idealem und realem Gasverhalten im geschleppten Motorbetrieb in Abhängigkeit vom Ladedruck und vom Verdichtungsverhältnis. Durch diese Darstellung ist eine Abschätzung des Realgaseinflusses auf die Arbeitsprozesse von Motoren mit unterschiedlichen Brennverfahren möglich.
| Erscheint lt. Verlag | 12.5.2014 |
|---|---|
| Reihe/Serie | Berichte aus der Energietechnik |
| Sprache | deutsch |
| Maße | 148 x 210 mm |
| Gewicht | 288 g |
| Einbandart | Paperback |
| Themenwelt | Technik ► Elektrotechnik / Energietechnik |
| Schlagworte | Chemisches Gleichgewicht • Prozessrechnung • reales Gas • Realgasfaktor • Verbrennungsmotoren |
| ISBN-10 | 3-8440-2770-X / 384402770X |
| ISBN-13 | 978-3-8440-2770-9 / 9783844027709 |
| Zustand | Neuware |
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