3D CFD Simulation der Direkteinspritzung von Benzin-Wasser-Emulsion

Ziel dieser Arbeit war es eine Wasserdirekteinspritzung simulativ zu modellieren und deren Auswirkungen auf die Verbrennung, Emissionen und Effizienz des Motors zu untersuchen. Dazu wurden zunächst Grundlagen des Ottomotors erläutert. Weiter wurde genauer auf die Grundlagen zur Effizienz- und Leistungssteigerung sowie der Wassereinspritzung eingegangen. Zur Erstellung des 3D-CFD-Modells wurde zuallererst das 3D-Basismodell über ein CAD-Tool generiert, um anschließend das bewegte Netz mittels für den Solver erstellen zu können. Um die nötigen Rand- und Initialbedingungen für den Solver definieren zu können mussten hierbei auch die nötigen Selections für das Netz erstellt werden. Üblicherweise werden hierzu Ergebnisse aus 1D-Modellen oder experimentellen Untersuchen herangezogen. In diesem Fall standen keine Daten dieser Art zur Verfügung, wodurch mit Werten aus der Literatur gestartet und sich im Folgenden über einen Iterationsprozess den richtigen Werten und Einstellungen angenähert wurde. Dabei wurden zum Anfang auch Einstellungen aus Beipielcases studiert und mit in die vorliegende Rechnung übernommen um ein stabiles Modell zu erhalten. Anschließend wurden in einzelnen Schritten die zur Auswertung relevanten Module und Einstellungen ergänzt und plausibilisiert. Ein Finetuning der jeweiligen zu untersuchenden Betriebspunkte musste erfolgen, um für die Fälle die nötige Vergleichbarkeit zu schaffen. Abschließend konnte über das 2D und 3D Post-processing eine Evaluation der Ergebnisse durchgeführt werden.

3D CFD simulation of direct injection of gasoline-water emulsion

The aim of this work was to simulate a direct water injection system and to investigate its effects on combustion, emissions and engine efficiency. To this end, the basics of the gasoline engine were first explained. The basics of increasing efficiency and performance as well as water injection were also discussed in more detail. To create the 3D CFD model, the 3D base model was first generated using a CAD tool so that the moving mesh could then be created for the solver. In order to be able to define the necessary boundary and initial conditions for the solver, the necessary selections for the mesh also had to be created. Usually, results from 1D models or experimental investigations are used for this purpose. In this case, no data of this type was available, so we started with values from the literature and then used an iteration process to approximate the correct values and settings. At the beginning, settings from sample cases were also studied and included in the present calculation in order to obtain a stable model. The modules and settings relevant to the evaluation were then added and checked for plausibility in individual steps. The respective operating points to be examined had to be fine-tuned in order to create the necessary comparability for the cases. Finally, the results were evaluated using 2D and 3D post-processing.
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