Verbrennungsmotoren zur Überholung
Bei dem gegenwärtigen Stand der Technik ist die Kalibrierung der Abgas-Nachbehandlungsanlagen eine wirksame Methode zum Erreichen der vom Gesetzgeber vorgeschriebenen drastischen Emissionsreduktionen für Stickoxid (NOx) aus Verbrennungsmotoren. Für diesen Zweck wurde ein technisches Modell für turbulente Wärme- und Massenübertragung entwickelt, um alle wichtigen physikalischen Effekte zu erklären, die in den Motoren von PKW und Nutzfahrzeugen auftreten. Auf der Grundlage von genauen numerischen Studien der Strömungs- und Turbulenzstruktur war das im Rahmen des MINNOX-Projekts entwickelte Modell immer noch einfach genug, um in rechnergestützten Strömungsmechanik-Codes ausgeführt zu werden. Ein wichtiger Aspekt ist, dass die Wärmeprägung auf der viskosen Schicht in der Nähe der strombegrenzenden Wand für Simulationen von Verbrennungsmotoren sowie ähnlichen industriellen Anwendungen integriert wurde. Die Überprüfung des neu entwickelten Modells wurde für idealisierte Strömungskonfigurationen durch den Vergleich von numerisch geschätzten Voraussagen mit Vergleichsparametern experimenteller Daten des Projektpartners vom King's College London erreicht. Diese experimentellen Untersuchungen erfolgten mit dem Ziel der Verbesserung des gegenwärtigen Verständnisses pulsierender Ströme und der Bereitstellung genauer Gestaltungsrichtlinien für effizientere Wärmetauscher. Die Effekte der Fahrhäufigkeit und der Amplituden von auferlegten Strompulsationen sowie der Reynolds-Zahl auf gemessene Mengen wurden mithilfe einer eigens dafür vorgesehenen Versuchseinrichtung untersucht. Periodische Geschwindigkeitsstörungen konnten in den Flüssigkeitsstrom in einer Stromanzeigeeinrichtung mit geschlossenem Kreislauf durch ein rotierendes Ventil eingeführt werden, das von einem Elektromotor mit variabler Drehzahl angetrieben wurde. Zwar erfolgte die Gestaltung und Umsetzung speziell, um Messungen von Wärmeübertragung und instationären Flüssigkeitsströmungen zu ermöglichen, aber dennoch wird angenommen, dass es zuverlässige Versuchsdaten für die Weiterentwicklung der Turbulenzmodellierung liefern wird. Untersuchungen zur potenziellen Nutzung von Strompulsationen als Mittel der Wärmeübertragungserhöhung, die zu bedeutenden Energieeinsparungen führt, könnten ausgeweitet werden, um andere technische Anwendungen abzudecken.