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Development of CFD Tools for Large Marine Diesel Engine Applications

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Hoch effiziente, umweltfreundliche Schiffsdieselmotoren

EU-geförderte Forscher brachten den Stand der Technik von computergestützten Werkzeugen voran, um die Konstruktion von Schiffsdieselmotoren zu verbessern.

Industrielle Technologien

Verbrennungsmotoren basieren auf der Verbrennung von Kraftstoff mithilfe eines Oxidationsmittels (in der Regel Luft) im Verbrennungsraum, wobei große Kräfte entstehen, durch die chemische Energie in nutzbare mechanische Energie umgewandelt wird. Ein genaues Verständnis der komplexen "Aerothermochemie", die hinter der Funktionsweise von Verbrennungsmotoren steckt, ermöglicht die Konstruktion leistungsfähigerer, kraftstoffeffizienterer und umweltfreundlicherer Antriebssysteme. Zur Verringerung der Schadstoffe sowie zur gleichzeitigen Verbesserung des Motorwirkungsgrads riefen europäische Forscher das Projekt "Development of CFD tools for large marine diesel engine applications" (MARINECFD) ins Leben, um das Phänomen der Mischung und Verbrennung im Zylinder durch die hochmoderne numerische Strömungsdynamik (CFD, Computational Fluid Dynamics) zu untersuchen.Wissenschaftler entwickelten ein neues Modell für die Kraftstoffzerstäubung, um dem Einsatz von Schweröl (HFO, Heavy Fuel Oil) in Schiffsanwendungen Rechnung zu tragen sowie Modifikationen an bestehenden Verdampfungsmodellen, um Multikomponenten-Kraftstoffen Rechnung zu tragen und Wärmertragungsvoraussagen zu verbessern. Tatsächlich wird fast die Hälfte des gesamten Wärmeverlusts durch Wärmestrahlung an den Motorwandungen verursacht. Ein derartig verursachter Wärmeverlust wird aber oftmals bei herkömmlichen Modellen nur mangelhaft dargestellt. Das ausführliche Wärmeübertragungsmodell, welches zum ersten Mal an großen Schiffsdieselmotor-Simulationen zum Einsatz kam, wird daher vermutlich bedeutende Auswirkungen auf zukünftige Konstruktionen mit sich bringen. Die Zugabe von Wasser in den Verbrennungsraum ist eine vielversprechende Möglichkeit zur Verringerung des Anteils an schädlichen Stickoxiden (NOx). Forscher führten computergestützte Studien für Techniken zur Wasserzugabe durch, wobei die Wassermenge gleich dem Kraftstoffanteil von verblüffenden 40 % ist. Bis jetzt konnten die Wissenschaftler des Projekts MARINE CFD wertvolle Werkzeuge und Methoden zur Optimierung der Verbrennung in Schiffsdieselmotoren und zur gleichzeitigen Verringerung der Emissionen liefern. Die fortlaufende Forschung und Umsetzung von Ergebnissen soll eine optimale Motorkonstruktion für Motoren mit sehr hohem Wirkungsgrad ermöglichen, welche internationale Emissionsgrenzwerte einhalten und somit Wettbewerbsvorteile für europäische Motorhersteller und die Schifffahrtsindustrie bringen sowie gleichzeitig den Planeten schützen.

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