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Laseroptische Untersuchung der Flamme-Kühlluft-Interaktion in einer effusionsgekühlten Brennkammer
Dr. Jens Hermann
Laseroptische Untersuchung der Flamme-Kühlluft-Interaktion in einer...
Die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen in einer Gasturbine bildet auf absehbare Zeit die Grundlage für den Antrieb von Flugzeugen. Um den Umwelteinfluss dieser Technologie zu minimieren, sind neuartige Brennverfahren zu entwickeln und Verlustprozesse innerhalb der Gasturbinenbrennkammer zu optimieren. Aktuelle Forschungsbereiche betreffen die mager vorgemischte Verbrennung sowie die Optimierung des Kühlluftbedarfs der effusionsgekühlten Brennkammerwand. Das Ziel dieser Arbeit ist der Aufbau eines Gasturbinenbrennkammerprüfstands mit realitätsnahen strömungsmechanischen und thermodynamischen Randbedingungen zur laseroptischen Untersuchung der Kopplung zwischen diesen gekoppelten Forschungsschwerpunkten. Diese wird als Flamme-Kühlluft-Interaktion bezeichnet. Mit Hilfe von berührungslosen laseroptischen Messverfahren werden die Einflüsse des Brennverfahrens auf das Geschwindigkeitsfeld, das Temperaturfeld sowie die Wandtemperatur der effusionsgekühlten Brennkammerwand untersucht. Es wird die aktuell im Einsatz befindliche partiell vorgemischte Verbrennung mit einer mager vorgemischten Konfiguration an verschiedenen Anlagenbetriebspunkten verglichen.
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39,90 € *
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9783863761936
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Experimentelle Untersuchung der turbulenten Flamme-Wand-Interaktion
Dr. Christopher Jainksi
Experimentelle Untersuchung der turbulenten Flamme-Wand-Interaktion
In vielen technischen Anwendungen wie Verbrennungsmotoren oder Gasturbinenbrennkammern findet eine Interaktion zwischen Flamme und Brennraumwänden statt. In diesen Bereichen kann es durch einen starken Enthalpieentzug in der Flamme zu einer unvollständigen Verbrennung mit einer erhöhten Schadstoffbildung und verringerter Effizienz kommen. Ein vollständiges Verständnis der dabei ablaufenden Flamme-Wand-Interaktion (FWI) ist bis heute nicht gegeben und somit Gegenstand der aktuellen Forschung. Im Rahmen dieser Arbeit werden deshalb die der FWI zugrunde liegenden Prozesse untersucht. Dabei kommen zwei generische Brenneraufbauten mit definierten und kontrollierten Randbedingungen zum Einsatz. Diese bilden die beiden Grundformen des senkrechten und parallelen Flammenverlöschens der FWI ab. Zur Untersuchung werden modernste laserdiagnostische Verfahren verwendet und an die speziellen Gegebenheiten von wandnahen reagierenden Strömungen angepasst. Der Fokus liegt dabei auf einer nicht-intrusiven Messung von Strukturen mit kleinsten Zeit- und Längenskalen. Ziel der Arbeit ist es neben dem Erlangen eines tieferen Verständnisses der zugrunde liegenden Prozesse, eine Datenbasis für die Validierung von numerischen Modellen zu schaffen.
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39,90 € *
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9783863761905
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Statistische Analyse von Skalardaten einer turbulenten Vormischflamme
Dr. Thabo Stadler
Statistische Analyse von Skalardaten einer turbulenten Vormischflamme
Gegenstand der Arbeit ist die detaillierte statistische Analyse von stratifizierten und gescherten Flammen. Hierzu wird ein generischer vorgemischter, pilotierter Brenner verwendet, der durch zwei voneinander unabhängige Ringspalte eine Stratifizierung und Scherung der austretenden Brennstoff-Oxidator-Mischungen ermöglicht. Damit die auftretenden Prozesse unbeeinflusst bleiben, werden laserbasierte Methoden zur Untersuchung dieser eingesetzt. Die detaillierte Charakterisierung des Brenners wird zum einen mittels Thermographischer Phosphore durchgeführt, um die Wandtemperaturen zu eruieren. Zur simultanen Bestimmung von Konzentrationen und Temperatur wird die kombinierte Raman-/Rayleigh-Spektroskopie verwendet. Neben der Bestimmung von Mittelwert und Standardabweichung wird mithilfe des crossed planar Rayleigh imagings die Flammenausbreitungsrichtung gemessen. Dies ermöglicht eine Korrektur der errechneten Temperatur und Konzentration entlang der Ausbreitungsrichtung der Flamme. Die Aufnahme besonders hoher Statistiken gibt so einen Einblick in den Effekt der Stratifizierung und Scherung auf das Verhalten der Flammen. Die Ergebnisse der gezeigten Untersuchungen werden als Datenbasis für die Validierung numerischer Simulationen verwendet.
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9783863761691
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Experimentelle Untersuchung der Selbstzündung von Kohlenwasserstoffen in nicht-vorgemischten...
Dr. Felix P. Eitel
Experimentelle Untersuchung der Selbstzündung von Kohlenwasserstoffen in...
Die Selbstzündung von Kohlenwasserstoffen in turbulenten Strömungsumgebungen spielt in vielen technischen Verbrennungssystemen eine Schlüsselrolle. So wird die Zündung in Diesel- oder HCCI-Motoren durch diese komplexen Prozesse gezielt eingeleitet und dient so millionenfach der individuellen Fortbewegung. Allerdings besitzen Selbstzündungsvorgänge auch als ungewollte Phänomene z. B. als Klopfen in Ottomotoren eine hohe Relevanz. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die experimentelle Untersuchung der Selbstzündung von Kohlenwasserstoffen in turbulenten Strömungen mit dem Ziel diese raumzeitlich hochdynamischen Prozesse zu beschreiben und so ein tiefgreifendes Verständnis über sie zu erlangen. Die Durchführung dieser Analysen erfolgt an einem weltweit einmaligen Selbstzündungsprüfstand, dessen Randbedienungen sowie Betriebsparameter in dieser Arbeit detailliert beschrieben sind. Die weiteren Untersuchungen an den auftretenden Flammen zeigen eine Analyse der globalen Flammenstruktur in Abhängigkeit einer breiten Parametervariation sowie umfassende Analysen über die Entstehung und die zeitliche Entwicklung von Selbstzündungskernen im umgebenden Strömungsfeld Mittels kombinativer zeitaufgelöster Laserdiagnostik. Die Ergebnisse aller Untersuchungen bilden in ihrer Gesamtheit ebenfalls die Grundlage einer Validierungsdatenbank für numerische Simulationen von Selbstzündungsprozessen.
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39,90 € *
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9783863761660
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Planungskonzept zur wandlungsfähigen Verteilung von Ware in Distributionssystemen des Großhandels
Dr. Christoph Bruns
Planungskonzept zur wandlungsfähigen Verteilung von Ware in...
Dynamische Märkte und sich verändernde Rahmenbedingungen des Umfeldes (z.B. verkürzte Innovations- und Produktlebenszyklen), dessen immer schnellerer Wandel als große Herausforderung der Logistik und somit der Distribution und deren Planung angesehen wird, bedürfen einer schnellen Anpassung der Verteilung von Ware innerhalb einer gegebenen Distributionsstruktur. Den Kern dieser Arbeit stellt ein Planungskonzept zur wandlungsfähigen Verteilung von Ware in Distributionssystemen des Großhandels dar, das unter Beachtung der sich ständig verändernden Einflussgrößen eine Steuerung und Kontrolle der dezentralen Bestandsplanung eines in Profit-Center-Organisationsform geführten Distributionssystems ermöglicht. Das Planungskonzept liefert eine Antwort auf die Frage: welche Artikel sollen an welchen Lagerstandorten in welchen Bestandshöhen bevorratet werden? Hierbei werden sowohl das dezentrale Know-How der lokalen Vertriebe als auch die Erkenntnisse einer zentralen Bestandsplanung auf Netzwerkebene unter einer integrierten Gesamtkosten- und Lieferservicebetrachtung dazu genutzt, Kostenineffizienzen zu minimieren und somit die Verteilung von Ware im Distributionssystem zu optimieren. Das Planungskonzept befähigt Unternehmen zeitnah relevanten Veränderungen des Umfeldes mit strategiekonformen Anpassungsmaßnahmen zu begegnen und trägt somit zur Sicherung und zum Ausbau der Wettbewerbsfähigkeit sowie des Unternehmenswertes bei.
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9783863761585
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Laserbasierte Untersuchung der Prozesse in einem Ottomotor mit stahlgeführtem Brennverfahren
Dr. Roman Stiehl
Laserbasierte Untersuchung der Prozesse in einem Ottomotor mit stahlgeführtem...
Das Automobil mit Verbrennungsmotor bildet einen grundlegenden Bestandteil unseres Verkehrswesens und wird diese Bedeutung auch in den nächsten Jahren behalten. Daher stellt die Entwicklung noch effizienterer Motoren ein wichtiges Forschungsfeld dar. Im Bereich der Ottomotoren bietet die Ladungsschichtung mittels Mehrfach-Einspritzung dafür besonderes Potential. Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der innermotorischen Prozesse mit dem Fokus auf der Identifikation möglicher Ursachen von Zyklus-zu-Zyklus Schwankungen. Dazu werden die Strömung, das Eindringen des Einspritzstrahls und das Flammeneigenleuchten in einem optisch zugänglichen Ottomotor erfasst. Die simultane Verwendung zeitauflösender Messtechnik erlaubt die Untersuchung der zeitlichen Entwicklung sowie die Analyse möglicher Interaktionen.
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9783863761615
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Zeitaufgelöste Verbrennungsdiagnostik zur Untersuchung der Bewegung von Flammen
Dr. Philipp Johann Trunk
Zeitaufgelöste Verbrennungsdiagnostik zur Untersuchung der Bewegung von Flammen
In technischen Verbrennungsprozessen spielt die Interaktion der Flamme mit dem turbulenten Strömungsfeld eine entscheidende Rolle für Stabilität, Sicherheit und Effizienz der Energiewandlung. Turbulente Verbrennung ist ein dreidimensionales Multiskalenphänomen. Im Betrieb technischer Brenner können zusätzlich transiente Verbrennungszustände wie Funken- und Selbstzündung, Flammenverlöschen und Flammenrückschlag auftreten. Zum Untersuchen dieser Phänomene werden in dieser Arbeit bildgebende laseroptische Messmethoden entwickelt und simultan auf die Vermessung transienter Flammen in turbulenter Umgebung angewendet. Die Arbeit beinhaltet grundlegende Weiterentwicklungen bildgebender Hochgeschwindigkeitsmesstechnik im Bezug auf quantitatives Imaging von Skalarfeldern sowie die Quasi-4D-Aufnahme der Bewegung von Flammenflächen. Dabei wird zu Beginn methodisch der Bogen von simplen Visualisierungen der instationären Flammenbewegung über das Verfolgen von Formmerkmalen (Feature Tracking) bis hin zum voll quantifizierten Imaging skalarer Größen, wie beispielsweise Mischungs- und Temperaturfelder, gespannt. Aufgrund kleiner Pulsenergie der verwendeten Festkörperlasersysteme ist eine fortgeschrittene Unterdrückung des Detektorrauschens für eine gute Datenqualität von Skalarfeldern unumgänglich. Dies leistet der entwickelte WAT2d-Algorithmus mit herausragender Performance, speziell für den komplexen Fall der verwendeten räumlich inhomogenen CMOS-Bildsensoren. Neben der Entwicklung der Diagnostik ist insbesondere die simultane Anwendung in drei Laserlichtschnitten zum Quasi-4D-Imaging eine Innovation dieser Arbeit. Hiermit konnte in der Applikation auf einen turbulenten Feuerball erstmals die Eigengeschwindigkeit von Vormischflammen zeitaufgelöst vermessen werden. Die erzeugten Datensätze dienen neben ihren Beiträgen zur Grundlagenforschung in der Verbrennungstechnologie auch als Validierungsdaten für Grobstruktursimulationen.
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9783863760694
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Laserbasierte Untersuchung innermotorischer Prozesse
Dr. Elias Baum
Laserbasierte Untersuchung innermotorischer Prozesse
Die Energiewandlung in Verbrennungsmotoren spielt eine bedeutende Rolle sowohl für den Warenfluss wie auch für den individuellen Transport. Unter dem Gesichtspunkt der Rohstoffverknappung und dem stetigen Bevölkerungswachstum ist ein detailliertes Verständnis der physikalischen Zusammenhänge notwendig, um diesen Wandlungsprozess mit optimalem Wirkungsgrad und somit effizienter Ressourcennutzung durchführen zu können. Ziel dieser Arbeit ist ein tieferes Verständnis der innermotorischen Prozesse sowie der Interaktion zwischen ausgewählten Teilaspekten zu erhalten. Hierzu erfolgen laserbasierte Messungen von systembeschreibenden Größen in einem optisch zugänglichen Verbrennungsmotor. Die vorliegende Arbeit beinhaltet detaillierte Angaben zum untersuchten Versuchsträger sowie ausgewählte Ergebnisse der durchgeführten Messungen. Hierbei liegt der Fokus auf der Charakterisierung des Motors, der zeitaufgelöste und dreidimensionale Vermessung der Brennraumströmung und einer quantitative Bestimmung der lokalen, dreidimensionalen Eigenausbreitung der Flamme im ottomotorischen Verbrennungsprozess. Alle präsentierten Ergebnisse verfolgen das globale Ziel, aus verschiedenen sequenziellen Experimenten bei reproduzierbaren Betriebsbedingungen ein möglichst umfassendes Bild des Wandlungsprozesses zu erhalten. Zusätzlich dienen diese als Basis für eine Datenbank zur Bewertung von Motorsimulationen.
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9783863760687
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Numerische Simulation der Benzinselbstzündung
Dr. Thomas Breitenberger
Numerische Simulation der Benzinselbstzündung
Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines Verfahrens zur numerischen Simulation der Benzinselbstzündung. Neben der Berechnung nicht reagierender Strömungen mit bewegten und unbewegten Rechengittern wird eine pilotierte Methan-Luft-Strahlflamme simuliert. Darüber hinaus gibt die Arbeit einen Ausblick auf die Behandlung eines seriennahen Einzylinder-4-Takt-Ottomotors mit Direkteinspritzung im Betrieb mit Selbstzündung. Das entwickelte numerische Verfahren basiert auf einer zeitaufgelösten, dreidimensionalen Beschreibung der Gas- und der dispersen Phase mittels des ALE-Schemas im Kontext der Grobstruktursimulation. Der vorhandene Lösungsalgorithmus Kiva wurde zusätzlich zur Grobstruktursimulation mit dem Transport passiver und reagierender Skalare erweitert. Die chemischen Reaktionen werden mithilfe des FGM- oder des PV-Modells beschrieben. Das FGM-Modell bietet die Möglichkeit, nicht vorgemischte Flammen abzubilden, wohingegen das PV-Modell bei der Abbildung der Selbstzündprozesse zum Tragen kommt. Die aus den Untersuchungen hervorgehenden Ergebnisse stützen die Annahme, dass die Grobstruktursimulation ein hohes Potential zur Vorhersage innermotorischer Prozesse besitzt.
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9783863760656
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Laserbasierte Untersuchung der Flamme-Wand-Interaktion
Dr. Markus Mann
Laserbasierte Untersuchung der Flamme-Wand-Interaktion
Die Interaktion von Flammen und Brennraumwänden kommt in nahezu allen gängigen technischen Verbrennungssystemen vor. Durch unvollständige Verbrennung kommt es dabei zu einer erhöhten Schadstoffbildung im wandnahen Bereich. Aktuelle Entwicklungen zur Effizienzsteigerung von Verbrennungsmotoren und Flugtriebwerken beruhen häufig auf der Verkleinerung von Brennräumen bei gleichbleibender oder gesteigerter Leistung. Die kompakteren Brennräume erhöhen das Oberflächen- zu Volumenverhältnis, so dass der Flamme-Wand-Interaktion bei zukünftigen Entwicklungen von Verbrennungssystemen eine größere Bedeutung zukommt. Aufgrund der auftretenden kleinen Raum- und Zeitskalen, bei denen die Flamme-Wand-Interaktion abläuft, sind die Prozesse weitgehend unerforscht und basieren auf empirischen Beziehungen. Für die Berechnung mittels numerischer Simulation (CFD) werden verl%auml;ssliche Validierungsdaten benötigt. In dieser Arbeit werden deshalb laserbasierte Methoden zur Untersuchung der Flamme-Wand-Interaktion eingesetzt, welche eine quantitative Erfassung des Flammenverlöschens ermöglichen. Zu diesem Zweck wurden Methoden zur simultanen Bestimmung der Gasphasentemperatur- und CO-Konzentration, sowie die Untersuchung der Flammenpropagation durchgeführt und entwickelt. Die Beeinflussung des thermochemischen Zustandes beim transienten Flammenverlöschen im Gegensatz zu stagnationsstabilisierten Flammen steht dabei im Fokus.
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9783863760489
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Kaltgasspritzen photokatalytisch aktiver Titandioxidbeschichtungen
Dr. Jan-Oliver Kliemann
Kaltgasspritzen photokatalytisch aktiver Titandioxidbeschichtungen
Neue Wege in der Wasser-, Luft und Oberflächenreinigung
Ein Wasserrohr, das seinen Inhalt im Vorbeifließen reinigt? Eine Beschichtung, die Luftschadstoffe im Vorbeiströmen zersetzt? Eine Oberfläche, die sich selbst desinfiziert und sauber hält? Was wie Science Fiction klingt, gelangt mit dem Photokatalysator Titandioxid in den Bereich des Möglichen. Unter UV-Licht ist Titandioxid in der Lage, Luft und Wasser zu reinigen, Bakterien auf seiner Oberfläche abzutöten und Fette zu zersetzen. Obwohl diese Eigenschaften bereits seit den 1970er Jahren bekannt sind, lässt der Durchbruch von photokatalytisch aktivem Titandioxid noch immer auf sich warten. Ein Grund dafür ist die Schwierigkeit, die hohe Aktivität von pulverförmigem Titandioxid in im Alltag nutzbare Beschichtungen zu übertragen. Mit dem Kaltgasspritzen, einer relativ jungen Beschichtungstechnologie, ist es nun gelungen, eine völlig neue Qualität photokatalytisch aktiver Oberflächen zu erreichen. Dieses Buch beschreibt insbesondere die theoretischen Grundlagen der Beschichtungstechnologie Kaltgasspritzen im Bezug auf Titandioxid, gibt einen kurzen Überblick über die Wirksamkeit der photokatalytisch aktiven Beschichtungen gegenüber ausgewählten Schadstoffen und Bakterien, sowie die Haltbarkeit der Beschichtungen gegenüber mechanischen und witterungsbedingten Einflüssen.
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39,90 € *
Blick ins Buch
9783941274891
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Market potential of Battery Electric Vehicles
Stefan Goede
Market potential of Battery Electric Vehicles
Over the past decades, a world without private vehicles and the associated individualization of mobility has become more and more unimaginable for the very most of us. The worldwide quantity of vehicles running with a combustion engine still keeps on growing to numbers far beyond belief, but equally do the problems, provoked by this evolution - political, economical and environmental problems that show our overall dependency on petroleum. Can the electric vehicle become an acceptable solution for the future of mobility in terms of economic efficiency and consumer satisfaction? Might it stay just another niche product for the wealthy and environmentally aware or does it have the potential to start a technical as well as a social revolution? This paper focuses on the current market situation for electric vehicles and batteries and its future progress and also analyzes the economic efficiency of the electric vehicle itself. The book is perfectly suited for executives in the automotive industry. It describes the consumer market for electric vehicles and their future potential, focusing on economical as well as technical issues. It is also recommended for students and teachers who like to inform themselves about electric mobility and just as well for everybody else who takes interest in this field of automotive economy and is in search of information to successfully take part in public debates on this issue.
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34,90 € *
Blick ins Buch
9783941274600
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Numerische Beschreibung technischer Verbrennungssysteme
Dr. Kai Aschmoneit
Numerische Beschreibung technischer Verbrennungssysteme
Motoren, Flugtriebwerke oder Gasturbinen sind nur einige Beispiele für technische Verbrennungssysteme. Die im Brennstoff chemisch gebundene Energie wird dabei unter Zuhilfenahme eines Verbrennungsprozesses in andere Energieformen überführt. Die Beherrschung der Verbrennung ist von entscheidender Bedeutung, um effiziente und schadstoffarme Systeme zu entwickeln. Die Computersimulation leistet dabei schon heute als Vorhersagewerkzeug einen großen Beitrag, der in Zukunft weiter wachsen wird. Entscheidend ist die simultane Weiterentwicklung von Turbulenz- und Verbrennungsmodellen, um die Ergebnisgüte der Simulationen weiter zu verbessern. In der vorliegenden Arbeit ist ein Gesamtverfahren zur Simulation von Verbrennungssystemen entwickelt worden. Dabei werden signifikante Verbesserungen gegenüber herkömmlichen, in der Industrie genutzten Verfahren durch die direkte Auflösung der großen Strömungsstrukturen mithilfe der Grobstruktursimulation erlangt. Bei der Modellierung der Verbrennung wird auf eine Tabellierung der möglichen thermo-chemischen Zustände zurückgegriffen. Die Eignung des Verfahrens wird anhand von dreidimensionalen, turbulenten Testfällen validiert. Dabei werden sowohl vorgemischte als auch nicht-vorgemischte Konfigurationen untersucht.
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39,90 € *
Blick ins Buch
9783863760519
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