Verbundprojekt H2 ICE Democar: Leichtes Nutzfahrzeug mit Wasserstoffmotor und Hybrid-Antriebsstrang; Teilvorhaben: H2-Sensitivität

Abstract

Das IFS befasste sich in diesem Vorhaben mit der Entwicklung von Modellen für die Darstellung der Wasserstoffverbrennung in 0- und 1-dimensionalen Motorsimulationen. Dies umfasste zunächst die Erstellung eines 1-dimensionalen Strömungsmodells des Prüfstandmotors, die Abbildung der erforderlichen Geometrien sowie die Parametrierung aller für den Stoff- und Wärmetransport relevanten Größen. Das Hauptziel der Verbrennungssimulation ist die Vorhersage von Druckverläufen und Zyklusmittelwerten im Brennraum des Wasserstoffmotors. Um die Enthalpierate für die Zylinderdruckverlaufsberechnungen zu erhalten, wird üblicherweise ein sogenanntes Entrainment-Modell verwendet. Mit diesem werden die Massenströme in die Flamme und aus der Flamme in die verbrannte Zone modelliert. Neben brennstoffspezifischen und geometrischen Werten benötigt dieses Brennratenmodell Informationen über drei (vier) Hauptquellen: So wird die laminare Flammengeschwindigkeit für den Kraftstoff Wasserstoff in Abhängigkeit von Luftverhältnis, Druck und Temperatur aus reaktionskinetischen Berechnungen ermittelt. Darauf aufbauend wird dann versucht, die turbulenten Flammengeschwindigkeiten zu modellieren. Die Basis bilden i.d.R. Turbulenzmodelle, welche die turbulente kinetische Energie der Gase im Brennraum liefern. Damit gliederten sich die Aufgaben des IFS in die folgenden Arbeitsschritte: -Thermodynamische Analyse von Messdaten -Anpassung eines Entrainment-Modells mit Flammenfortschrittgeschwindigkeits- und Zündverzögerungsberechnungen für Wasserstoff -Abstimmung eines Selbstzündungs- und Klopfmodells nach Fandakov auf den Prüfstandsmotor -Validierung der Modelle mit den Prüfstandsdaten In this project, the IFS addressed the development of models for the representation of hydrogen combustion in 0- and 1-dimensional engine simulations. This initially involved the setting up of a 1-dimensional flow model of the test bench engine, the modelling of the required geometries and the parameterization of all parameters relevant to mass and heat transport. The main objective of the combustion simulation is the prediction of pressure curves and cycle averages in the combustion chamber of the hydrogen engine. In order to obtain the enthalpy rates for the cylinder pressure curve calculations, a so-called entrainment model is usually used. This is used to model the mass flows into the flame and out of the flame into the combustion zone. In addition to fuel-specific and geometric values, this burning rate model requires information about three (four) main sources: Thus, the laminar flame speed for the hydrogen fuel is determined as a function of air ratio, pressure and temperature from reaction kinetic calculations. Based on this, an attempt is then made to model the turbulent flame velocities. The basis is usually formed by turbulence models, which provide the turbulent kinetic energy of the gases in the combustion chamber. The tasks of the IFS are therefore divided into the following work steps:

Thermodynamic analysis of measurement data Adaptation of an entrainment model with flame propagation velocity and ignition delay calculations for hydrogen Adaptation of an auto-ignition and knock model according to Fandakov to the test bench engine Validation of the models with the test bench data