Modellierung des Temperaturverlaufs im Abgasstrang beim Kaltstart mittels 3D-CFD-Simulation

  • Ort: CS

    Motivation:
    Die Kenntnis von Strömungszuständen und damit zusammenhängenden Oberflächentemperaturverläufen innerhalb technischer Systeme ist im Rahmen zahlreicher Entwicklungsfragestellungen von großer Relevanz. Im Ingenieurwesen werden strömungsmechanische Fragestellungen häufig numerisch mittels 3D-CFD-Simulationen beantwortet, da sie detaillierte Informationen über komplexe Strömungsphänomene liefern.

    So spielen die Eigenschaften der Strömung sowie Bauteiltemperaturen beispielsweise in der Motorenentwicklung eine zentrale Rolle. Neben der thermischen Belastbarkeit muss gleichzeitig eine effiziente und zuverlässige Betriebsführung von Abgasnachbehandlungssystemen und abgasführenden Bauteilen gewährleistet werden. Potenzielle Schadensbilder, die aufgrund von strömungs- und temperaturabhängigen Phänomenen entstehen, gilt es zu vermeiden. Insbesondere beim Motorkaltstart ist die Kenntnis dieser Einflussgrößen entscheidend, um eine erhöhte Kondensat- und Ablagerungsbildung zu verhindern.

     

    Aufgabenstellung:
    In dieser Masterarbeit, die in Kooperation mit dem Institut für Kolbenmaschinen durchgeführt wird, sollen Temperaturverläufe entlang des Abgasstrangs eines Verbrennungsmotors mittels 3D-CFD-Simulation modelliert werden.  In einem ersten Schritt soll ein generisches Motormodell in einer 3D-CFD-Software (Converge oder Ansys) hinterlegt werden, welches die Randbedingungen realitätsgetreu abbildet.

    Die anschließende Validierung des Modells soll am Klimaprüfstand des Instituts für Kolbenmaschinen erfolgen, bei dem realistische Kaltstartbedingungen nachgestellt werden. Das im Rahmen der Masterarbeit aufgebaute Modell soll genutzt werden, um Positionen entlang des Abgasstrangs zu lokalisieren, die hinsichtlich Kondensatbildung (insbesondere beim Kaltstart) kritisch sind. Weiterhin soll eine Einflussanalyse durchgeführt werden (bspw. Modellierung der Materialdicke), um Vermeidungsstrategien der Kondensat- und Ablagerungsformation zu identifizieren.

     

    Aufgabenstellung:
    Prof. Dr.-Ing. Dimosthenis Trimis