Die Verfügbarkeit von geeigneten Referenzdaten über die in grossen 2-Takt Schiffsdieselmotoren stattfindenden Verbrennungsvorgänge ist eine wesentliche Voraussetzung für die Weiterentwicklung von CFD (Computional Fluid Dynamics)-Werkzeugen. Um solche Daten in Bezug auf die relevanten physischen Dimensionen (Bohrung) unter realistischen Betriebsbedingungen (Druck, Temperatur) - inklusive der typischen Strömungscharakteristik (Drall) sowie den Brennstoffen unterschiedlichster Qualität - generieren zu können, wurde ein neuartiger experimenteller Prüfstand, die sogenannte SCC (Spray Combustion Chamber' (SCC) entwickelt. Das Hauptelement des Versuchsträgers besteht aus einer scheibenförmigen Verbrennungskammer mit konstantem Volumen (500 mm Durchmesser) und peripherer Einspritzung in eine Drallströmung. Die Kammer wird durch schräge Einlasskanäle über ein Druckbehälter/Wärme-Regeneration-System mit entsprechend aufbereitetem Prozessgas (Luft, Stickstoff) gespeist, wodurch zum Zeitpunkt des Einspritzbeginns ähnliche thermo- und fluiddynamische Bedingungen wie in realen Antriebsmaschinen erreicht werden können. Die Kammerkonstruktion bietet zusätzlich umfassende Möglichkeiten hinsichtlich der optischen Zugänglichkeit sowie der Anordnung von Injektoren und das Einspritzsystem ist auf den Betrieb mit typischen marinen Brennstoffen ausgelegt. Nach Fertigstellung und Inbetriebnahme des Prüfstandes lag die erste Zielsetzung in der Validierung gegenüber den ge wünschten Anforderungen und Systemspezifikationen hinsichtlich der anvisierten Druck- und Temperaturbereiche sowie im Hinblick auf die realistische Drallströmung bei Einspritzbeginn. Eine anfängliche Anwendung beinhaltete die Visualisierung der Ausbreitung von unterschiedlichsten Sprays (Ein- bis Mehrlochdüse, Einspritzwinkel) durch Schattenbild-Methoden sowohl unter reagierenden als auch unter inerten (N2) Bedingungen. Die erste Erfassung von Referenzdaten im Hinblick auf die Ausbreitung des Sprays beinhaltete die Variation diverser Schlüsselparameter wie Druck, Temperatur (bis 9 MPa, 930 K), Anzahl der Düsenlöcher (1/2/5) sowie die Richtung (10 in Gegendrall- bis 40 in Drallrichtung) des Sprays relativ zu Gasströmung. Diese Untersuchungen bestätigen das Potential des neuen SCC- Versuchsstandes um Einspritzvorgänge und Verbrennungsprozesse unter relevanten Bedingungen in Bezug auf 2-Takt Schiffsdieselmotoren zu analysieren, tragen zu einem grundsätzlich besserem Verständnis der involvierten Phänomene bei und ermöglichen die Weiterentwicklung und Validierung von Simulationsmodellen.
Entwicklung, Validierung und erste Anwendung eines neuartigen Brennkammerkonzepts für die Generierung von Referenzdaten hinsichtlich der Charakterisierung des Einspritzvorganges in Bezug auf große 2-Takt Schiffsdieselmotoren
Development, validisation and first application of a new combustion chamber concept for the generation of reference data with regard to the charakterisation of the injection process with respect to big two-stroke ship diesel engines
2010
16 Seiten, 11 Bilder, 1 Tabelle, 28 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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