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Modelling of unsteady combustion in low emission systems

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Sauberer durch eine bessere Entwicklung

Der Schadstoffausstoß gehörte zu den zentralen Aspekten, die bei der Motorenentwicklung berücksichtigt werden müssen. Um die Modelle für die Verbrennung in Flugzeugmotoren zu verbessern und den Einfluss der Verbrennungsbedingungen auf die Partikelemission zu berücksichtigen, wurden während des MUSCLES-Projekts laserbasierte Messtechniken entwickelt.

Industrielle Technologien

Der sichere, verlässliche und saubere Betrieb eines Verbrennungsmotors hängt in hohem Maße von der Steuerung des Mischungsvorgangs der Luft und des Kraftstoffs vor der Zündung ab. Dieses Gemisch hat nicht nur einen Einfluss auf den Verbrennungsprozess sondern auch, was wichtiger ist, auf die Bildung von Abgasen und auf die Entstehung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Die Motorenentwickler stehen vor der Herausforderung, einen Kompromiss zwischen einer hohen Verdichtung, um die Kohlendioxidemissionen zu reduzieren, und einer mageren Verbrennung bei niedriger Temperatur, um die Stickoxidemissionen zu reduzieren, zu finden. Umfangreiche Large Eddy Simulationen (LES) haben zu Fortschritten bei der Modellierung von Verbrennungsinstabilitäten geführt und dazu beigetragen, die entgegengesetzten Zielsetzungen miteinander zu vereinen. Während des MUSCLES-Projekts wurde die Laserdiagnostik intensiv verwendet, um neue experimentelle Daten zu sammeln und die Methoden, die zur Vorhersage der Leistungsfähigkeit verwendet wurden, zu validieren. Von den Projektpartnern am Laboratoire d'Energétique et de Mécanique Théorique et Appliquée der Université Henri Poincaré (Frankreich) wurde Laser induzierte Fluoreszenz eingesetzt, um die Temperatur im Inneren der Kraftstofftropfen zu messen. Während eines einzelnen Laserimpulses, der typischerweise einige wenige Nanosekunden dauert, konnten Kraftstofftropfen mit Abmessungen im Sub-Millimeterbereich abgetastet werden. Die Fluoreszenzintensität zweier verschiedener Farben eines organischen Farbstoffs, der im Kraftstoff aufgelöst wurde, wurde verwendet, um den Temperaturunterschied innerhalb ausreichend kleiner Kraftstoffvolumen abzuschätzen. Obwohl sich das Volumen der vergasten Kraftstofftröpfchen rasch änderte, ist diese Methode schnell genug, um genaue Temperaturmessungen durchführen zu können. Um diese Messmethode zu verbessern, damit sie auch bei Flugzeugmotoren unter realen Betriebsbedingungen zum Einsatz kommen kann, wurden Messungen des Tropfendurchmessers integriert. Weitere Forschungsarbeiten sind jedoch nötig, bevor dreidimensionale Temperaturfelder für zerstäubtes Flugbenzin wie Kerosin in einer Verbrennungskammer erstellt werden können.

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