Zur Berechnung des Zündverzuges und der Flammenausbreitung in einem selbstzündenden Motor müssen eine Reihe von vorgeschalteten Prozessen modelliert werden. Der Euler-Lagrange Formalismus wurde zur Beschreibung der Tröpfchenbewegung verwendet. Die Erhaltungsgleichungen für Masse, Energie und Impuls in der Gasphase wurde unter Einbeziehung des k-Epsilon-Modells für die Turbulenz gelöst. Zur Beschreibung der Wechselwirkung zwischen Turbulenz und Reaktionskinetik wurde das lokale Rührreaktormodell gewählt. Der Reaktionsmechanismus für den betrachteten Modellkraftstoff n-Heptan wurde auf 59 Reaktionen reduziert. Der Computercode wurde zunächst erfolgreich anhand experimenteller Daten der Sprayausbreitung und -zündung in einer Verbrennungsbombe getestet. Dann wurde die Abhängigkeit der Zündverzuges von verschiedenen Parametern studiert. Als wichtigste Resultate sind zu nennen: Mit zunehmender Verdampfungswärme des Kraftstoffs nimmt der Zündverzug zu. Für den Zündverzug bedeutsam sind zum einen Reaktion von Sauerstoff mit kraftstoffstämmigen Radikalen und zum anderen Reaktionen von Hydroxylradikalen mit dem Kraftstoff selbst. Kleine Radikalkonzentrationen in der Verbrennungsluft verkürzen den Zündverzug erheblich.
Diesel spray ignition occurs with the interaction of many complex physical and chemical processes, such as initial droplet formation, collisions, coalescence, secondary break-up, evaporation, turbulence generation and modulation, as well as turbulent mixing, heat, mass and momentum transfer and chemical reaction development in a highly non-uniform two-phase environment. While it is extremely difficult to systematically study particular effects in this complex interaction in a well defined physical experiment, the interaction is well suited for numerical studies based on advanced detailed models of all the processes involved. This paper presents results of such a numerical experiment. A Lagrangian-Eulerian formulation was used to analyze the droplet motion and flow field. 1\irbulent dispersion of the droplets is modeled by random walk, and droplet collisions and break-up are accounted for. The analysis of the gas flow involves equations for mass, momentum and energy. The k - e model for turbulence is also included with turbulence modulation terms owing to droplet motion. The chemical kinetic model contains nine active species and 59 reactions to describe the chain initiation, propagation, branching and termination processes and fuel properties. A local stirred reactor approximation is used as a model for the turbulence-chemistry interaction allowing for species segregation, micro-mixing and complex chemistry effects to be accounted for. The effects of injection pressure, injection orifice diameter, physical and chemical properties of the fuel and of air pressure and temperature are studied using the model. This clearly shows the dominant effects of chemistry in the ignition delay processes for typical Diesel engine conditions, with the exception of the latent heat of vaporization, which also strongly influences the ignition and flame formation processes.
Physical and chemical effect in Diesel spray ignition
Physikalische und chemische Effekte in der Dieselspray-Zündung
1995
19 Seiten, 12 Bilder, 2 Tabellen, 27 Quellen
Conference paper
English
Kraftstoffeinspritzung , Einspritzdüse , Rechnersimulation , Simulationsprogramm , Diffusion , Diffusionsgleichung , Stoffübergang , Differenzialgleichung , partielle Differenzialgleichung , reales Gas , Reaktionskinetik , turbulente Strömung , Zweiphasenströmung , Strömungsgleichung , Flammausbreitung , Impulsgleichung , Zündung , Zündverzug , Heptan , Kraftstoff-Luft-Gemisch , Wasserstoffperoxid , Verdampfung
Physical and chemical effects in diesel spray ignition
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