Grundlagen CFD-Berechnung Transport
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Nach Abschluss des DFG-Vorhabens kann folgender Sachstand gegeben werden. Es wurde ein CFD-Berechnungsmodell entwickelt, das Grundlagenuntersuchungen zu den im Ringpaket einer Kolben/Zylinder-Paarung ablaufenden strömungstechnischen und tribologischen Prozesse ermöglicht. Berücksichtigt werden die temperatur- und druckabhängigen Stoffparameter der Fluide, Mehrphasenströmungen, transiente Randbedingungen für Brennraumdruck und –temperatur, Warmverzüge von Kolben und Liner und Kolbensekundärbewegungen. Die Ringstöße wurden im 2D CFD-Modell über einen analytischen Ansatz berücksichtigt. Damit kann der Massentransport von Blow-by-Gasen, Öl und Kraftstoff mit dem 2D CFD-Modell berechnet werden. Die Berechnungsergebnisse von Blow-by wurden mit Messwerten abgeglichen und zeigten eine gute Übereinstimmung. Neben den Ergebnissen für die Kolbenringdynamik und die Zwischenringdrücke kann mit dem implementierten Festkörperkontaktmodell der Mischreibungsund Flüssigkeitsreibungsanteil der einzelnen Systemkomponenten bestimmt werden. Die Belastung der Kolbenringe durch Verbrennungsgase und den gasbedingten Anpressdruck können in Abhängigkeit von der Ringform untersucht werden. Das CFD-Modell ermöglicht in Zukunft durch gezielte Variation der Kolbenringlaufflächen, der Kolbenringvorspannkräfte, der Stoß- und Ringhöhenspiele und von Fluidparametern den Massentransport von Gas, Öl und Kraftstoff besser vorherzusagen und durch das integrierte Mischreibungsmodell Reibungsoptimierungen vorzunehmen. Eine Erweiterung des CFD-Modells durch Öl- und Dieselverdampfungsmodelle wird die Berechnung des Ölverbrauchs und des Dieseleintrags vervollständigen. Erste Simulationsergebnisse mit einem 3D CFD-Modell haben gezeigt, dass die 3D CFD ein großes Potential besitzt, wegen der Komplexität und des enormen Rechenaufwands aber noch nicht vollumfänglich umgesetzt werden kann. Ein Konzept eines reduzierten 180° Modells wurde entwickelt. Mit diesem Modell wird angestrebt, den Einfluss der Ringstoßposition und der Umfangsströmung auf den Massentransport zu erfassen und einen weiteren Beitrag zur Aufklärung von Transportmechanismen zu leisten. Die Ergebnisse der 3D-Simulationen können als Input für die wesentlich effizientere 2D CFD-modell dienen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- CFD-Berechnungstool zur Analyse des Tribosystems Kolbengruppe/Zylinderlaubahn. 3. Győrer Tribologie Tagung. SZE Győr, Ungarn, 2014
Lyubarskyy, P.; Bartel D.
- Zwischenbericht zum AiF/DFG Cluster „Fuel in Oil“. FVV Tagungsband, Heft R566 (2014). FVV-Frühjahrstagung in Magdeburg, 2014
Lyubarskyy, P.; Bartel D.; Deters L.
- Zwischenbericht zum AiF/DFG Cluster „Fuel in Oil“. FVV Tagungsband, Heft R570 (2015). FVV-Frühjahrstagung in Bad Neuenahr, 2015
Lyubarskyy, P.; Bartel D.; Deters L.
