Simulation of unconventional fuels for Diesel engine combustion

Gegenstand dieser Arbeit ist die „computational fluid dynamics“ (CFD) Simulation der dieselmotorischen Verbrennung unkonventioneller Kraftstoffe. Diese bestehen aus einer Diesel/Benzin Mischung, Di-Methyltetrahydrofuran (2-MTHF), einer Mischung aus 2-MTHF und Di-n-Butylether (DnBE), n-Octan, DnBE und n-Octanol. Experimentelle Daten zweier verschiedener Dieselmotorprüfstände stehen zum Vergleich und zur Validierung der Simulationsergebnisse zur Verfügung. Gute Ergebnisse werden im Bezug auf Druckkurven, Wärmefreisetzungsraten und Schadstoffemissionen erreicht. Der Einfluss der Kraftstoffeigenschaften wird analysiert und detaillierte Einsichten in die Zusammenhänge von molekularer Struktur der Kraftstoffe und deren Verbrennungseigenschaften werden gewonnen. Die Simulationen werden mit dem Representative Interactive Flamelet (RIF) Modell durchgeführt, welches schon vielfach zur Simulation dieselmotorischer Verbrennung verwendet wurde. Durch die Verwendung detaillierter chemischer Reaktionsmechanismen berücksichtigt das RIF Modell Selbstzündung im Niedertemperatur- und Hochtemperaturbereich, die Wärmefreisetzung bei der Verbrennung und die Bildung von Schadstoffen. Zur Simulation der neuartigen Kraftstoffe in dieser Arbeit müssen die Modellierungsansätze angepasst und die zugrundeliegenden Annahmen überprüft werden. Zur Validierung der Spray-Simulation und um die Modellparameter des Strahlzerfall-Modells anzupassen, werden Simulationen eines Spraykammer-Experiments mit verschiedenen Kraftstoffen durchgeführt und mit den entsprechenden experimentellen Daten verglichen. Die Ergebnisse werden analysiert um die jeweiliegen Effekte von Gemischbildung, Kraftstoff-Stöchiometrie und Reaktionskinetik zu verstehen.