Prof. Michael Wensing

Prof. Dr. Michael Wensing

Professurinhaber

Department Chemie- und Bioingenieurwesen (CBI)
Lehrstuhl für Technische Thermodynamik (LTT)

Raum: Raum B.1.11
Am Weichselgarten 8
91058 Erlangen

  • Immersed-cooling Concepts for Electric Vehicle Battery Packs using Viscoelastic Heat Transfer
    Liquids (I-BAT)

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)

    Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 30. September 2024
    Mittelgeber: EU - 6. Rahmenprogramm
    URL: https://www.horizon2020-ibat.eu

    The penetration of plug-in EVs on the world market faces considerable technological challenges. The performance of battery electric drives is influenced among other things by the power density and efficiency of the EV Battery Thermal System (BTMS), the heating and cooling system for batteries and power electronics. Lithium-ion batteries require a temperature of 15-60 °C for optimal operation, with high demands on temperature uniformity between the cells. The power density of the battery cooling systems has to be doubled compared to the state of the art to enable powerful and compact drives. The tight integration in vehicles means that only minimal cross-sections are available for the liquid coolants used. This challenge is met by innovative coolants, which have shown considerable potential for increasing the cooling effect and reducing pump losses in basic investigations. The subject of work is the synthesis and characterization of mineral oil-based coolants with optimal rheological and thermal properties suitable for EV BTMS. The novel fluids to improve heat transfer consist of a viscoelastic liquid carrier matrix with suspended nanoparticles. The dielectric nature of mineral oils allows the realization of immersion cooling systems with improved heat transfer rates compared to current devices with indirect cooling. In addition, viscoelastic additives can give the flow a controllable non-Newtonian character, resulting in reduced friction losses leading to 10-20% less pressure loss. At the same time, the selective amplification of specific types of coherent secondary flows favors a further increase in heat transfer. Overall, the proposed research aims at doubling thermal performance. The newly developed nanocoolants will be tested in a BTMS prototype to prove that these improments have the potential to revolutionize the relevant transport sector.

  • Gemischbildung und Verbrennung von Alkoholen und anderer biogener Kraftstoffe in mischungskontrollierten Brennverfahren

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 31. März 2023
    Mittelgeber: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)
  • Kompressionszündung regenerativer Kraftstoffe

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Injection, mixing, and autoignition of e-fuels for CI engines
    Laufzeit: 1. Juni 2020 - 31. Mai 2022
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

    One part of sustainable future mobility will be e-fuels synthesized using regenerative energy. They provide chemical energy storage and are an important step on the way to controlled, clean, and efficient combustion. However, to convert them back into mechanical power, their physical-chemical behavior in the internal combustion engine needs to be understood and condensed into simulation tools for design. At the same time, certain classes of e-fuels promise to be much more conducive to clean and efficient engine combustion. The target of this project are oxygenated e-fuels for compression-ignition engines.
    The project goal is to acquire a better understanding of the spray atomization and ignition of oxygenated e-fuels. Starting from a reference fuel that represents current diesel fuels, the proposed project will focus on oxygenated e-fuels and derived blends. With an array of experimental techniques, the species distribution and temperature field in free jets will be measured quantitatively. CFD simulations and chemical mechanism reduction are used to complement the experimental results. Experiments and simulation in an optically accessible engine then are used to tranfer these transfer to the much more complex boundary conditions of a running engine. Each project partner will perform experiments with the same injectors and boundary conditions, and will first use simple optical techniques to make sure that indeed the spray behaves as in the other laboratories. Based on this common experiment, each partner then contributes additional physical insight with the advanced optical diagnostics or simulation that are the specialty expertise of that research group (e.g., laser-induced fluorescence, Rayleigh and Raman scattering), such that a very complete picture of spray, mixing, and ignition can be assembled.
    The research network consists of institutes with a expertise in combustion research using optical diagnostics and multidimensional simulations. The Institute of Engineering Thermodynamics at Friedrich-Alexander University (FAU/GER), the Combustion Research Facility at Sandia National Laboratories (SANDIA/USA), and the Institute for Combustion and Gas Dynamics at the University of Duisburg-Essen (UDE/GER) all will measure the temperature and species distribution in the fuel jet, but each with different optical methods to minimize overall experimental uncertainties. They will also image several indicators of cold-stage and hot-stage ignition. The Department of Mechanical Engineering at Shanghai Jiao Tong University (SJTU/CHN) will derive chemical kinetic models as an input for simulations at the Institute of Powertrains and Automotive Technology at Vienna University of Technology (TUW/AUT). Their CFD simulation will be validated against the experiment, but will also provide additional information that is not accessible by experiments. The project will be guided by an advisory board from industry with representatives from both SMEs and larger companies.
    The main expected result is the promotion of innovations in the field of renewable-energy storage. Such innovations will create additional demand in chemical process engineering, catalysis, and process equipment for synthetic fuel design and production. The experimental and numerical methods developed in the proposed research project will help the R&D in high-tech companies specialized in measurement technologies, optical systems, and simulation of reactive flows. In these areas, major developments and market contributions are provided by small and medium size enterprises (SME).

  • Experimentell validierte DNS- und LES-Ansätze für die Kraftstoffeinspritzung, -mischung und -verbrennung in Dual-Fuel-Motoren

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Experimentally Validated DNS and LES Approaches for Fuel Injection, Mixing and Combustion of Dual-Fuel Engines
    Laufzeit: 1. September 2019 - 31. August 2023
    Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020
    URL: http://www.edem-itn.eu

    Ökonomische, geopolitische und soziale Trends können über die gut beschriebenen Umweltbelange hinaus legislative Maßnahmen zur teilweisen Substitution von Diesel durch sauberere Kraftstoffe in naher Zukunft bewirken. Außerdem haben die bereits sehr strengen Emissionsgesetzgebungen für Dieselmotoren, z.B. EURO VI- oder Tier-IV-Normen, in Europa und in den USA, zu einem Anstieg des industriellen Interesses an der Entwicklung von Verbrennungsmotoren, die sowohl für flüssige/gasförmige Kraftstoffgemische geeignet sind, geührt. Die Verbrennung in diesen so genannten Dual-Fuel-Motoren umfasst die Kompressionszündung von Dieselkraftstoff, der in ein homogenisiertes gasförmiges (oder flüssiges) Kraftstoff-Luft-Gemisch eingespritzt wird. Die hinterliegende Motivation ist, dass bei der Dual-Fuel-Verbrennung der meiste Dieselkraftstoff weitgehend homogenisiert verbrannt wird und damit die Rußbildung drastisch geringer ausfällt. Darüber hinaus können abhängig von Kohlenstoffgehalt und Herkunft des primären gasförmigen (oder flüssigen) Kraftstoffs Dual Fuel-Verfahren zu einer signifikanten Verringerung der CO2-Emission führen. Erdgas oder Methan sind ideale Kandidaten unter den Kohlenwasserstoffen. Das Ziel dieses Projekts, im Einklang mit der europäischen und internationalen Richtlinien in diesem Bereich, ist die Entwicklung und Validierung von DNS/LES-Methoden für Kraftstoffeinspritz-, Misch- und Verbrennungsprozesse, die relevant sind für Verbrennungsstrategien in Dual-Fuel-Motoren. Darüber hinaus ist die Anwendung der neu abgeleiteten Modelle zur Entwicklung effizienterer Motoren und zur Abschätzung der Umweltauswirkungen der vorgeschlagenen Konzepte Ziel der Forschungsarbeiten. In Bezug auf MSCA-Agenda wird das Projekt eine einzigartige Gelegenheit für eine gemeinsame industriell-akademische Doktorandenausbildung in führenden multinationalen Unternehmen schaffen. Dies wird die Fellows mit Fähigkeiten, Wissen und Know-how ausstatten, die nicht nur ihre persönlichen Karrieremöglichkeiten verbessern, sondern ihnen ermöglicht zur Lösungen globaler Probleme und dem Wohl der Gesellschaft als Ganzes beizutragen.

  • Grundlegende Studie von Dual-Fuel-Verbrennungsmotoren basierend auf dem Kraftstoffdesign-Konzept

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

    Diesel engines are widely used as power devices in commercial vehicles, engineering and agricultural machineries. However, recent social trends as well as the stringent emissions legislations referring to diesel engines are able to precipitate legislative actions for the partial substitution of diesel by cleaner fuels in the imminent future. China and Germany are both the primary countries of automobile production and sales, and have both joined the Paris Agreement to cope with the global climate change. Th erefore, both countries have the same demand in energy saving and emissions reduction in the transportation field, and the development of high efficiency and clean diesel engine combustion concept s , e.g. dual fuel compression ignition engines, is in line w ith their national strategies. The combustion process in the so called dual fuel engines refers to the compression ignition of the direct ly injected fuel in a premixed gaseous or liquid fuel/air environment. The underlying cause is that in a dual fuel combustion, most of the direct ly injected fuel is burned in the premixed combustion regime and soot formation from the diffusive burn could be significantly reduced. Furthermore, depending on the carbon content of the premixed and directly injected fuel, the d ual fuel operation mode can lead to significant decrease in carbon dioxide emission. The proposed joint research in this project will exploit the complementary facilities and expertise of Shanghai Jiao Tong University (SJTU) and Friedrich Alexander University of Erlangen Nuremberg (FAU) for the development
    and optimization of dual fuel engines with low carbon fuels such as natural gas, methanol, dimethyl ether and polyoxymethylene dimethyl ethers. Based on the scientific problems to be addressed and techni ques to be used, FAU will focus on the characterization of the fuel injection , mixing and ignition processes in the dual fuel regime using an in house designed constant volume vessels which is able to provide an ultra high temperature and pressure
    environment. T he findings will provide scientific and technical guidance for the development of controllable ignition and highly efficient low emissions combustion strategies for dual fuel engines, which will be conducted by the SJTU team. Additionally, the colla boration between SJTU and FAU will offer a unique training platform for PhD students and early career researchers from both sides. This unique training experience will equip them with skills, knowledge and international vision, contributing to their future careers and also enabling them to
    propose possible solutions to global problems in the future.

  • Eingliederund des LTT in das ECN-Netzwerk

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2019 - 30. September 2019
    Mittelgeber: andere Förderorganisation
    URL: http://www.bacatec.de

    In Einklang mit dem „Klima-Aktions-Plan 2050“ muss Deutschland und seine Mobilität bis zum Jahr 2050 größtenteils Treibhausgas neutral werden. Eine Kostenanalyse für eine in der gesamt Ökobilanz CO2-freie Mobilität sagt voraus, dass sich der Markt auf elektrisch angetriebene und einen dominierenden Teil von motorisch angetriebenen Fahrzeugen aufteilt, die mit synthetischen Kraftstoffen aus Wind und Sonne, sogenannten „e-fuels“ betrieben werden1. Das “Engine Combustion Network” ECN (https://ecn.sandia.gov/) ist ein Lösungsweg um experimentelle Daten und eine Diskussionsplattform für CFD-Modellbildner bereitzustellen. Aufgrund der großen Herausforderungen in diesem Forschungsgebiet ist ein globales wettbewerbsfreies Netzwerk unabdingbar für signifikante Fortschritte. Durch die Eingliederung wird das ECN reicher an Spraydaten und die FAU kann ihre Sichtbarkeit in der Forschungsgemeinschaft steigern.

  • Thermodynamisch optimierte Gebäudeklimatisierung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2019
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)

    Zur Gebäudeklimatisierung mit den Funktionen Lüftung, Heizung und Kühlung stehen heute vielfältige technische Möglichkeiten zur Verfügung. Während in größeren Gebäuden zunehmend eine bedarfsgerechte Auslegung und Steuerung von Klimatisierungsanlagen erfolgt, greifen kleinere Einheiten auf pauschalisierte Lösungen zurück. Dabei ist nicht nur die optimale Steuerung der pauschalisierten Anlagen im Betrieb begrenzt, sondern schon die Auswahl und Kombination der eingesetzten Klimatisierungstechniken wird durch die Verfügbarkeit einer geeigneten Steuerung begrenzt. Dies gilt von kleinen Anlagen für Einfamilienhäuser, denen mit unterschiedlichen Heizsytemen, Kühlmöglichkeiten im Sommer, eigener Stromerzeugung mittels Photovoltaik und Wärmeerzeugung mittels Solarthermie zunehmende technische Optionen zur Verfügung stehen bis hin zum optimalen Betrieb von Blockheizkraftwerken, die sich auf lokale Bedarfe ebenso optimal einstellen müssen wie auf Randbedingungen aus dem Energieverbund. Diese Randbedingungen sind Daten wie aktuelle Strompreise und immer treffsichere Wettervorhersagen, die eine Vorausssage von Wärmebedarfen und Stromeinspeisungen aus Photovoltaik ermöglichen und heute eine vorausschauende Optimierung von Klimatisierungsanlagen erlauben.

  • Effect of 4500bar injection pressure and super-critical phase change of surrogate and real-world fuels enriched with additives and powering Diesel engines on soot emissions reduction

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: IPPAD
    Laufzeit: 1. September 2015 - 31. August 2019
    Mittelgeber: Innovative Training Networks (ITN)

    Reduction of soot emissions from Diesel engines will be explored by utilising simultaneously (a) injection pressure between 2000-4500bar, (b) engine operation at supercritical conditions relative to the injected fuel’s critical point and (c) additives that improve atomisation and reduce pollutant formation. The detailed processes of nozzle flow cavitation/boiling, atomisation, phase-change and mixing, combustion and soot emissions under such conditions will be explored both experimentally and computationally. Experimental techniques include fuel property measurements, optical/laser diagnostics, high speed imaging, micro CT and high energy X-rays. Tests will be performed in CVC, optical engines, single-cylinder and production engine test beds. Identification of nozzle’s internal geometry and testing of clean and aged injectors with internal deposits build-up is central to the programme. Simulation tools to be developed include molecular-structure-based equation of state for the properties of surrogate, ‘summer’ Diesel and low quality Diesel fuels enriched with additives at elevated pressures/ temperatures, DNS for bubble dynamics, cavitation and fuel atomisation, and soot oxidation in LES/RANS models coupling the in-nozzle flow with the macroscopic fuel spray development, mixing and pollutant formation in engines. The validated simulation models will be used as design tools to industrial development of fuels, fuel injection systems and Diesel engines. The 15 EU-funded ESRs plus 1 ESR funded independently by industry, will be recruited/seconded by universities, research centres and multinational engine, fuel injection system, fuel and fuel additives manufacturers from the EU, US, China, Japan and S.Korea. The new tests and the developed simulation tools, currently missing from the literature, will allow for an environmental assessment of the tested technologies at ‘real-world’ operating conditions, underpinning the forthcoming 2020 EU emission reduction directives.

  • Alternative erneuerbare Kraftstoffe aus Kunststoffabfall und ihre Verbrennungs- und Emissionseigenschaften in der Dieselmotorischen Verbrennung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juli 2015 - 30. Juni 2017
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
  • Wärmeübergang an Hochleistungs-Dieselmotoren-Kolben

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)

    Laufzeit: 1. Juli 2014 - 31. Dezember 2017
    Mittelgeber: Bayerische Forschungsstiftung
  • TwinJet -- Neues Doppelstrahl Zerstäubungskonzept

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juni 2012 - 30. November 2014
    Mittelgeber: Bayerische Forschungsstiftung

    Das Forschungsprojekt AZ-1004-11 „TWIN-JET“ umfasste die beiden Hauptziele einer Potentialanalyse des Zerstäubungsprinzips mit neuartigen Doppelstrahl-Sprayinjektoren einerseits und andererseits die Verifikation von Pulsationsdämpfern aus porösen Werkstoffen für moderne Common-Rail Einspritzsysteme. Die Projektpartner bestanden aus den beiden Hochschulinstituten Lehrstuhl für Prozessmaschinen und Anlagentechnik (iPAT) und Lehrstuhl für Technische Thermodynamik (LTT) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Zudem waren die Industriepartner Bayerische Motoren Werke AG (BMW), Robert Bosch GmbH (Bosch), FMP Technology GmbH (FMP) und Geiger Fertigungstechnologie GmbH (Geiger) beteiligt.
    Die Aufgabe des LTT bestand in der Untersuchung der Sprayeigenschaften von Twin-Jet Sprays mittels optischer Messtechniken im Vergleich zu konventionellen Freistrahlsprays. Untersuchungen wurden für eine Vielzahl unterschiedlicher Betriebsbedigungen durchgeführt, die in der Benzindirekteinspritzung auftreten. Des Weiteren war der Lehrstuhl für die Adaption der neuartigen Injektoren an den Transparentmotor und die optische Untersuchung der Gemischbildung im Motor verantwortlich.

  • Anwendung von Wasserstoff

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Bayerisches Wasserstoffzentrum
    Laufzeit: 1. Januar 2012 - 31. Dezember 2016
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)
    URL: https://www.bh2c.de/

    Im Teilprojekt III werden Technologiebedarf, erreichbare Leistungen und Integration in den LOHCSystemverbund für die (Rück-)Verstromung von Wasserstoff mit thermischen Maschinen untersucht.
    Betrachtet werden die drei in der Energietechnik bedeutendsten thermischen Maschinen - Gasturbinen
    (TP III.1.1), Hubkolbenmotoren (TP III.1.2) und Dampfkraftprozesse (TP III.1.3). Für alle drei
    Anlagentypen ist die wärmetechnische Integration der Maschinen in das Gesamtsystem entscheidend für
    die erreichbaren Wirkungsgrade. Die Verbundeffizienz profitiert maßgeblich durch Nutzung von Abwärmen
    der thermischen Prozesse, setzt jedoch auch Grenzen in der Optimierung der thermischen Maschinen,
    damit eine für die Dehydrierung ausreichende Wärmeenergie zur Verfügung steht. Im optimierten Fall
    übersteigt der Wärmebedarf der Dehydrierung des LOHC Marlotherm die verfügbare Abwärme sowohl der
    Turbine als in geringerem Umfang auch des Motors. Spezifisch für die drei Wärmekraftprozesse müssen
    die Maschinen für den Wasserstoffbetrieb und die im Projektverbund ermittelten speziellen
    Randbedingungen der LOHC Technologie betrachtet werden.

  • Wirkkette Direkteingespritzter Kraftstoffe im Ottomotor

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2011 - 30. Juni 2014
    Mittelgeber: Bayerische Forschungsstiftung

    In dem BFS-Forschungsprojekt WiDiKO Wirkkette Direkteingespritzter Kraftstoffe im Ottomotor wurde der Einfluss einzelner Kraftstoffkomponenten (teils biogener Bestandteile) auf die ottomotorische Wirkkette beginnend bei der Sprayausbreitung über das Verdampfungsverhalten bis hin zur Entzündung und Flammenausbreitung für direkteinspritzende Ottomotoren experimentell untersucht, physikalisch basiert modelliert und damit einer Simulation zugänglich gemacht. Insgesamt kann festgestellt werden, dass die unterschiedlichen Eigenschaften der in Ottokraftstoffen enthaltenen Komponenten sich unter den Temperatur- und Druckbedingungen, wie sie in modernen ottomotorischen Verfahren vorliegen, erheblich auswirken, indem sie das Sprayverhalten in der Benzindirekteinspritzung signifikant beeinflussen, während der Verdampfung eine teilweise Separation der Komponenten auftreten kann und die Komponenten deutliche Unterschiede im Zündungs- und Flammenausbreitungsverhalten zeigen. Das Projekt konnte in den genannten Punkten den Stand des Wissens erweitern, dadurch, dass das Verhalten von Mehrkomponenten-Kraftstoffen besser verstanden, modelliert und so einer fundierten Simulation zugänglich gemacht werden konnte. Insbesondere zeigte sich für die häufig als biogene Bestandteile genutzten kurzkettigen Alkohole (Ethanol, Butanol) in der Mischung mit mineralölbasierten Kohlenwasserstoffen in der Verdampfung ein betriebspunktabhängiges Verhalten. Die korrekte Abbildung der Mischungsthermodynamik für Ethanol-haltige Kraftstoffe in einem Verdampfungsmodell ist ein wesentliches Projektergebnis. Hinsichtlich der Zündbedingungen zeigte sich der Einspritzzeitpunkt als über die Verdampfungskühlung dominanter Einfluss. In der Flammenausbreitung konnten alle gemessenen Daten (Reinstoffe, binäre und ternäre Mischungen, Benzin und Restgaseinfluss) sehr gut mit Daten zur laminaren Flammengeschwindigkeit korreliert werden. Zur Messung dieser laminaren Brenngeschwindigkeiten von flüssigen Kohlenwasserstoffen konnte an beiden beteiligten Instituten kooperativ eine neue Messmethode („Heat-Flux-Brenner“) etabliert werden. Neben zahlreichen Veröffentlichungen hat das Forschungsprojekt zu gemeinsamen weiteren Forschungsaktivitäten geführt (erfolgreiche Beantragung einer Nachwuchsgruppe beim BMEL, laufende Anträge bei der FVV und der FNR). Die bei BMW genutzte und industriell verbreitete 0D/1D Simulation von motorischen Vorgängen konnte in diesem Projekt maßgeblich profitieren, als auch zur Validierung der Abhängigkeiten zwischen Zündung und Verbrennung beitragen. Hier sind besonders die Wechselwirkungen der Projektergebnisse im Bereich der laminaren Flammengeschwindigkeiten erwähnenswert.
    Das Gesamtprojekt gliedert sich in drei Teilprojekte:
     Teilprojekt A (LTT Erlangen): Experimentelle Untersuchung des komponenten-abhängigen Sprayverhaltens, des Verdampfungsverhaltens und der Verbrennung
     Teilprojekt B (IEC Freiberg): Simulation der Sprayausbreitung und Verdampfung für Ein- und Mehrkomponentenkraftstoffe
     Teilprojekt C (BMW AG): Motorisches Verbrennungsmodell für aktuelle Ottomotoren
    Im Teilprojekt A (LTT Erlangen) wurden Sprayverhalten, Verdampfung und Verbrennung experimentell untersucht. Zur systematischen Untersuchung des Einflusses verschiedener Kraftstoffeigenschaften wurden 1- bis 3-Komponenten-Kraftstoffe im Vergleich zu dem Multi-Komponenten-Gemisch Benzin untersucht. Bereits in der Ausbreitung der flüssigen Kraftstoffphase zeigen sich Unterschiede bis zu einer Verdopplung der Eindringtiefe bei bestimmten Betriebsbedingungen und Kraftstoffzusammensetzungen. Im Verdampfungsverhalten zeigt sich bei moderaten Umgebungsbedingungen der Siedepunkt/der Siedeverlauf als bestimmende Eigenschaft, während bei hohen Temperaturen die Verdampfungsenthalpie dominiert. Auf diese Weise dominieren Alkohole, die Benzinen als regenerative Komponenten zugemischt werden, in diesem Fall das Verdampfungsverhalten des Gemisches. In den Untersuchungen zum Verbrennungsverhalten zeigte sich die laminare Flammengeschwindigkeit auch unter den stark geschichteten Bedingungen einer Sprayverbrennung als wesentliche Einflussgröße. Durch Einführung der Heat-Flux-Methode konnten laminare Flammengeschwindigkeiten für verschiedene flüssige Kohlenwasserstoffe (Ein- und Mehrkomponentenkraftstoffe, Variation von Temperatur, und Restgasanteil) experimentell bestimmt werden.
    Im Teilprojekt B wurde die Verdampfung und Gemischbildung von Mehrkomponentenkraftstoffen detailliert numerisch untersucht. Hierbei wurden aufbauend auf einer umfangreichen Untersuchung zur Gemischphasenthermodynamik sowohl Einzeltropfen als auch motorische Sprays analysiert. Notwendige Modellerweiterungen wurden in die Simulation integriert und mit Daten aus der Literatur und den Spray-Messwerten aus Erlangen abgeglichen. Die hier vorgestellten Ergebnisse zeigen deutlich die enge Verbindung zwischen Experiment und Simulation, da nur so die implementierten Modelle validiert werden können. Es konnten sehr gute Übereinstimmungen zwischen den experimentellen Daten vom LTT Erlangen und den Simulationsergebnissen erreicht werden. Auf Basis der gewählten Mischungen wurden relevante thermodynamische Effekte identifiziert, die einen signifikanten Einfluss auf die Dampfverteilung haben. Die Thermodynamik der Gemische kann sehr gut mit Aktivitätsmodellen abgebildet werden. Eine flexible Variante stellt dabei die Methode UNIFAC dar, da diese für beliebige Kohlenwasserstoffmischungen anwendbar ist. Die differentielle Verdampfung führt zu einer Schichtung der Komponenten in der Gasphase mit Einfluss auf Verbrennungs- und Schadstoffbildungsverhalten. Im Rahmen des Projekts wurde insbesondere das Verbrennungs-verhalten, hier die Brenngeschwindigkeit, untersucht. Die laminaren Brenngeschwindigkeiten der betrachteten Mischungen können im Vergleich mit dem Experiment im Trend gut abgebildet werden.
    Im Teilprojekt C wurde bei BMW die Einsetzbarkeit von 0D/1D Verfahren für die Simulation motorischer Verbrennungsprozesse geprüft. Dabei wurde festgestellt, dass die „Anbrenn“-Phase in der Modellbildung besondere Aufmerksamkeit benötigt. Dies liegt darin begründet, dass sich ein Fehler in der Bewertung des Brennverzugs (Zeitpunkt vom Zündfunken bis zur merklichen Wärmefreisetzung) durch den kompletten Verbrennungsablauf zieht. Damit würden im Folgenden die motorischen Zielgrößen wie Mitteldruck, Drehmoment und Abgastemperatur falsch bewertet [Gra12]. Im Bereich des „Anbrennens“ ist vor allem die Kenntnis der laminaren Brenngeschwindigkeit von großer Bedeutung. Gängige Formulierungen für die Anwendung in der 0D Simulation haben allerdings große Schwächen in ihrem thermodynamischen Wertebereich insbesondere auch bei neueren Kraftstoffzusammensetzungen [Kop09]. Hier können die neuen Erkenntnisse vom LTT Erlangen direkt für eine Modellbildung genutzt werden. Die thermodynamischen Eingangsgrößen für die Dauer des Brennverzugs sind zusätzlich sehr stark von den Brennraumtemperaturen abhängig. Im Teilprojekt C wurde gezeigt, dass die Verdampfungskühlung durch die Kraftstoffdirekteinspritzung einer 0D Simulation unter instantanen Annahmen sehr gut zugänglich ist [Müh10]. Weiterhin wurde aber auch deutlich, dass ein direkter Übertrag der Hochdruck-Kammer Messungen aus Erlangen nicht darstellbar ist, da sich aktuell nicht alle experimentellen Einflussgrößen auf die Verbrennung (insb. Turbulenz und Strömungsdynamik) integral bestimmen bzw. am Prüfstand „klinisch“ variieren lassen.

2022

2021

2020

2019

2018

2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2009

2008

2007

2006

2004

2002

2000

1999

1998

1997

1996

1995