Technische Verbrennung Simulation verbrennungsmotorischer Prozesse

Die Entwicklung schneller und leistungsstarker Rechenanlagen hat der Modellbildung und Simulation der in einem Verbrennungsmotor ablaufenden physikalischen und chemischen Prozesse bisher ungeahnte Möglichkeiten eröffnet. So dürfte die numerische Simulation der bei der Verbrennung von realen Brennstoffen in einem Verbrennungsmotor ablaufenden Detailprozesse in naher Zukunft eine Standardaufgabe des Entwicklungsingenieurs sein. Nach einer Einführung in die Thematik werden zunächst die Grundlagen der Motoren-Thermodynamik besprochen und anschließend die reale Arbeitsprozeßrechnung mit Hilfe der Füll- und Entleermethode ausführlich erläutert. Dabei werden Ersatzbrennverläufe und Wärmeübergangsmodelle vorgestellt und die Modellierung von Abgasturboladern beschrieben. Im Anschluß daran werden die Grenzen der Füll- und Entleermethode aufgezeigt, die die Darstellung des Motors in mehreren mehrdimensionalen Kennfeldern erläutert. Parameterstudien und Beispiele zur dynamischen Simulation schließen dieses Kapitel ab. Im Anschluß daran werden nulldimensionale, phänomenologische und mehrdimensionale Verbrennungsmodelle vorgestellt. In weiteren Kapiteln wird die Berechnung mehrdimensionaler Strömungs-, Temperatur- und Konzentrationsfelder diskutiert, wobei Turbulenzmodelle und Wandgesetze erläutert werden. Schließlich werden die Grundlagen, aber auch die Grenzen der numerischen Berechnung von mehrdimensionalen Strömungsfeldern mit chemischen Reaktionen beschrieben. Das Buch wendet sich an Studierende technischer Fachrichtungen an Universitäten und Fachhochschulen, bietet aber auch dem in der Praxis tätigen Ingenieur einen guten Überblick über Möglichkeiten und Grenzen der numerischen Simulation motorischer Prozesse.

1 Einleitung.- 1.1 Vorbemerkungen.- 1.2 Modellbildung.- 1.3 Simulation.- 2 Reale Arbeitsprozeßrechnung.- 2.1 Füll- und Entleermethode.- 2.2 Gasdynamik.- 2.3 Aufladung.- 3 Gesamtprozeßanalyse.- 3.1 Allgemeines.- 3.2 Thermisches Motorverhalten.- 3.3 Motorreibung.- 3.4 Motorsteuerung/Regelung.- 3.5 Darstellung des Motors als Kennfeld.- 3.6 Simulationsergebnisse.- 4 Dreidimensionale, irrstationäre Strömungsfelder.- 4.1 Navier-Stokes-Gleichungen.- 4.2 Reynoldsgemittelte Navier-Stokes-Gleichungen.- 4.3 Turbulenzmodelle.- 4.4 Wandgesetze.- 4.5 Anwendungen.- 5. Verbrennungsmodelle.- 5.1 Klassifizierung.- 5.2 Phänomenologische Mehr-Zonen-Modelle.- 5.3 Dreidimensionale Modelle.- Anhang A: Thermodynamische Grundlagen.- Literatur.- Stichwortverzeichnis.