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020 _ _ |a 978-3-95886-104-6
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100 1 _ |0 P:(DE-82)019373
|a van Overbrüggen, Timo
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245 _ _ |a Experimental analysis of the two-phase flow field in internal combustion engines
|c Timo van Overbrüggen
|h online, print
246 _ 3 |a Experimentelle Analyse des zweiphasigen Strömungsfeldes in Verbrennungskraftmaschinen
|y German
250 _ _ |a 1. Auflage
260 _ _ |a Aachen
|b Verlagshaus Mainz GmbH
|c 2016
300 _ _ |a 1 Online-Ressource (x, 142 Seiten) : Illustrationen, Diagramme
336 7 _ |2 DataCite
|a Output Types/Dissertation
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|a Book
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490 0 _ |a Aachener Beiträge zur Strömungsmechanik
|v 14
500 _ _ |a Auch Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
502 _ _ |a Dissertation, RWTH Aachen University, 2016
|b Dissertation
|c RWTH Aachen University
|d 2016
|g Fak04
|o 2016-04-28
520 3 _ |a Der Fokus moderner Motorenentwicklung liegt auf der Verringerung von Treibhaus- und anderen Abgasen. Treibhausgase können durch eine Effizienzsteigerung der Verbrennungsprozesse reduziert werden wofür neue, moderne Verbrennungsmethoden benötigt werden. Weiterhin verspricht der Fortschritt in der Synthetisierung von Biokraftstoffen eine Reduktion der Treibhausgase. Allerdings ist sowohl für die Entwicklung neuer Verbrennungsmethoden sowie die Verbrennung von Biokraftstoffen ein genaues Verständnis des dreidimensionalen Strömungsfeldes innerhalb des Brennraums nötig. Die Dissertation beschäftigt sich mit der Vermessung des nichtreaktiven Strömungsfeld in zwei verschiedenen Verbrennungsmotoren. Der Fokus der Messungen im ersten Versuchsmotor liegt auf dem Verständnis der volumetrischen, dreidimensionalen Strömungsstrukturen innerhalb des Brennraums. Hierfür wurden holographische und tomographische particle-image velocimetry (PIV) Messungen durchgeführt. Mit Hilfe der Holographischen Messungen konnte gezeigt werden, dass diese Technik an einem optischen Versuchsmotor anwendbar ist. Die Analyse der tomographischen PIV Messungen basiert auf der Analyse des Strömungsfeldes bei 80°, 160° und 240° nach dem oberen Totpunkt, sodass die Geschwindigkeitsverteilung während des Einlasstakts, am Ende des Einlasstakts und während des Verdichtungstaktes bei einer Motorgeschwindigkeit von 1500 Umdrehungen pro Minute diskutiert wird. Weiterhin wird der Einfluss einer internen Abgasrezirkulation bei einem Kurbelwellenwinkel von 240° nach dem obern Totpunkt untersucht. Die Strömungsfelder werden mit Hilfe der Geschwindigkeitsverteilung, der turbulenten kinetischen Energie und des Г1 Wirbeldetektionskriteriums analysiert. Mit Hilfe der tomographischen PIV-Messungen ist es möglich die räumliche Ausbreitung der großskaligen Wirbelstrukturen innerhalb des Brennraums instantan aufzulösen. Hierdurch kann die U-förmige Struktur des Tumble-Wirbels gezeigt werden. Weiterhin war es möglich die Entstehung eines elliptischen Ringwirbels unterhalb der Ventile zu bestätigen. Durch die räumliche Analyse der turbulenten kinetischen Energie war es zudem möglich ein Gebiet hoher Durchmischung unterhalb der Einlassventile nachzuweisen. Die Analyse der internen Abgasrückführung zeigt erhöhte Werte der turbulenten kinetischen Energie sowie ein früheres Zerfallen des Tumble-Wirbels. Im zweiten Versuchsmotor wurde die Interaktion von Flüssigphase und Strömungsfeld eines Ethanol Sprays und eines Methyl-Ethyl-Keton (MEK) Sprays aus einer A-Düse mit Hilfe des Mie scattering Imaging (MSI) untersucht. Die Ergebnisse zeigen deutlich den starken Einfluss des Strömungsfelds auf den Sprühkegel. Vor allem für späte Einspritzzeitpunkte während der Kompressionsphase ist eine starke Interaktion von Spray und Tumble-Wirbel sichtbar. Verglichen mit dem Ethanol Spray zeigt das MEK Spray eine Verringerte Benetzung des Kolbens und des Zylinders. Weiterhin zeigt sich ein verringerter Einfluss des Strömungsfeldes auf das MEK Spray verglichen mit dem Ethanol Spray. Zudem wurde das Mischungsverhalten von Ethanol Spray und Strömungsfeld mit Hilfe der zeitaufgelösten stereoskopischen PIV für eine Drehzahl von 1500 und 2000 Umdrehungen pro Minute vermessen. Die Strömungsfelder werden mit Hilfe der zyklusgemittelten Geschwindigkeitsfelder, der turbulenten kinetischen Energie und des Г1 Wirbeldetektionskriteriums analysiert. Letzteres zeigt den Einfluss der Einspritzung auf die zeitliche Trajektorie des Tumble-Wirbels. Zudem konnte eine Verringerung der turbulenten kinetischen Energie durch den Einspritzvorgang festgestellt werden. Zudem zeigt die Analyse höherer Motorgeschwindigkeiten eine Stabilisierung der Strömung und des Tumble-Wirbels.
|l ger
520 _ _ |a The reduction of green house gases and other pollutant emissions is of highest interest in modern engine development. This can be achieved by increasing the engine efficiency. For this, new combustion processes are needed. Another possibility to decrease green house gas emissions is the combustion of biofuels. However, these new methods as well as the efficient combustion of bio-fuels require an understanding of the highly three-dimensional flow field inside the combustion chamber. In this study the non reacting flow in two different research engines is measured. The measurements in the first research engine focus on the understanding of the highly three-dimensional structure of the flow field inside the combustion chamber. For this, holographic and tomographic particle-image velocimetry (PIV) have been applied to gain information on the intake and compression stroke of the research engine. The holographic PIV measurements show the feasibility of the technique to measure the highly unstable volumetric flow field. The analysis of the tomographic PIV measurements is based on the analysis of the flow field at 80°, 160°, and 240° after top dead center(atdc) such that the velocity distributions at the intake, the end of the intake, and the compression stroke at an engine speed of 1,500 rpm are discussed in detail. Furthermore, the influence of an internal exhaust gas recirculation is analyzed at a crank angle of 240° atdc. The flow fields are analyzed by distributions of the velocity fields, the turbulent kinetic energy, and the Г1 vortex identification function. The tomographic measurements enable the instantaneous resolution of the large scale three-dimensional vortical structures of the in-cylinder flow. Through this, the U-shaped structure of the tumble vortex core and the development of an elliptic ring vortex below the pent roof could be confirmed. Furthermore, the spatial distribution of the turbulent kinetic energy with high values below the intake valves could be shown. The analysis of the exhaust gas recirculation shows the tumble vortex to decompose at earlier crank angles. Furthermore, compared to the standard configuration, a higher turbulent kinetic energy could be shown. After that, the interaction of the liquid phase of ethanol and methyl ethyl ketone (MEK) injected with an A-type fuel injector is investigated in the second engine by means of Mie scattering imaging (MSI). The results show the flow field to strongly influence the spray behavior. Especially for late injection during the compression phase a strong interaction of tumble vortex and spray is visible. Compared to ethanol, MEK shows lower piston and liner wetting effects and a reduced influence of the flow field on the injection behavior. Finally, time-resolved stereoscopic PIV measurements have been performed to investigate the influence of ethanol fuel injection on the flow field behavior at an engine speed of 1,500 and 2,000 rpm. For this, ensemble averaged velocity fields, turbulent kinetic energy, and the Г1 vortex identification criterion are used. Through the Г1 vortex identification criterion, a change in the propagation of the tumble vortex core could be shown. Furthermore, a reduction of spatial mean vorticity is evident. Additionally, the turbulent kinetic energy is reduced by the injection process. Finally, a stabilizing impact of higher engine speed is evident.
|l eng
591 _ _ |a Germany
653 _ 7 |a in-cycling flow
653 _ 7 |a particle-image velocimetry
653 _ 7 |a volumetric measurements
653 _ 7 |a biofuel injection
700 1 _ |0 P:(DE-82)IDM00681
|a Schröder, Wolfgang
|b 1
|e Thesis advisor
|u rwth
700 1 _ |0 P:(DE-82)IDM00362
|a Kneer, Reinhold
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|e Thesis advisor
|u rwth
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|l Lehrstuhl für Strömungslehre und Aerodynamisches Institut
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Marc 21