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000811481 245__ $$a3-D CFD combustion and knocking prediction in pre-chamber gas engines$$cvorgelegt von Avnish Jagdeesh Dhongde$$hprint
000811481 246_3 $$a3-D CFD Verbrennung und Klopfvorhersage in Vorkammergasmotoren$$yGerman
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000811481 300__ $$aXXVII, 139 Seiten : Illustrationen, Diagramme
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000811481 500__ $$aEnglische und deutsche Zusammenfassung
000811481 502__ $$aDissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2020$$bDissertation$$cRheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen$$d2020$$gFak04$$o2020-03-06
000811481 5203_ $$aIn dieser Arbeit wurden einfache, schnell ablaufende 3-D-CFD-Modelle für die Auslegung von modernen Vorkammer(VK)-Erdgasmotoren entwickelt und anhand von Experimenten an einem Einzylinder-Forschungsmotor validiert. Das Charge Motion Design (CMD)-Verfahren zur Vorhersage der Verbrennungsdauer ohne Verbrennungsmodell wurde anhand von Messungen von zwei Motoren für die Verbrennungsdauer kalibriert. Die 3-D-CFD-Gasaustauschsimulationen wurden durchgeführt, um die Spülung und die Gemischbildung unter Berücksichtigung der Form der VK zu berechnen. Ein vorgeschriebenes Wärmefreisetzungs-Verbrennungsmodell, das die 3-D-Flammenfrontausbreitung für eine gegebene Eingabe der Wärmefreisetzungsrate ohne jegliche Kalibrierung berechnen kann, wurde in dieser Arbeit verwendet. Drei repräsentative Zyklen aus den Messungen wurden simuliert, um zyklische Schwankungen zu berücksichtigen. Der Wärmeübergang aus den Simulationen korrelierte gut mit den Thermoelementmessungen im PC-Körper. Ein Ein-Skalar NOx-Modell, das auf tabellierten Daten basiert, wurde programmiert und gegen Messungen validiert. Ein 3 D-CFD-Selbstzündungsmodell wurde auf Basis des vereinfachten Klopfintegralansatzes mit Abhängigkeit von Druck, Temperatur, Gleichgewichtsverhältnis und Restgasgehalt entwickelt. Die Konstanten des Integrals wurden auf den detaillierten chemischen Mechanismus von Saudi Aramco 2.0 kalibriert. Die Simulation konnte den Klopfbeginn vorhersagen und zeigte eine Korrelation zur Klopfintensität. Um die Ergebnisse der Brenndauer-Vorhersage aus dem CMD-Prozess auf das nicht-prädiktive Verbrennungsmodell zu übertragen, wurde eine Methode zur Erzeugung der Wärmefreisetzungskurven und zur Bestimmung der Zyklus-zu-Zyklus-Variationen auf Basis einer statistischen Analyse entwickelt.$$lger
000811481 520__ $$aSimple, fast running 3-D CFD models were developed in this work for layout of modern pre-chamber natural gas engines and were validated against experiments on a single cylinder research engine. The Charge Motion Design (CMD) process predicts burn durations without a combustion model was calibrated based on measurements from two engines. The 3-D CFD gas exchange simulations were run to calculate the scavenging and the mixture formation considering the shape of the PC. A prescribed heat release combustion model, which can calculate the 3-D flame front propagation for given input of heat release rate without any calibration, was used in this work. Three representative cycles from the measurements were simulated to account for cyclic fluctuations. The heat transfer from the simulations correlated well with the thermocouple measurements in the PC body. A single-scalar NOx model based on tabulated data was programmed and validated against measurements. A 3-D CFD auto-ignition model was developed based on the simplified knock integral approach with dependency on the pressure, temperature, equilibrium ratio and the rest-gas content. The constants of the integral were calibrated to the Saudi Aramco 2.0 detailed chemistry mechanism. The simulation could predict the knock onset and showed correlation to the knock intensity. To transfer the results of the burn duration prediction from the CMD process to the non-predictive combustion model, a method to generate the heat release curves and to determine the cycle to cycle variations based on a statistical analysis was developed.$$leng
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