Experimentelle und Numerische Analyse des Instationärverhaltens Eines Abgasturboladers Als Fahrzeugkomponente.

Intro -- Inhaltsverzeichnis -- Abbildungsverzeichnis -- Tabellenverzeichnis -- Nomenklatur -- 1 Einleitung -- 1.1 Stand der Wissenschaft -- 1.2 Zielsetzung der Arbeit und Vorgehensweise -- 2 Grundlagen -- 2.1 Abgasturbolader -- 2.1.1 Aufladung von Verbrennungsmotoren -- 2.1.2 Aufbau und Funktionsweise -- 2.1.3 Grundlagen und Kennfelddarstellung -- 2.2 Numerische Strömungsmechanik -- 2.2.1 Lösungsprozess -- 2.2.2 Kontinuumsmechanische Erhaltungsgleichungen -- 2.2.3 Turbulenzmodellierung -- 3 Experimentelle Untersuchungen -- 3.1 Prüfstandsaufbau und verwendete Messtechnik -- 3.2 Messprogramm und Versuchsdurchführung -- 3.3 Stationäre Messungen -- 3.3.1 Verdichter -- 3.3.2 Turbine -- 3.3.3 Mechanische Verlustleistung -- 3.4 Experimentelle Analyse des Instationärverhaltens -- 3.4.1 Trägheit der Messgrößen -- 3.4.2 Analyse des Druckaufbaus -- 3.4.3 Instationärer Verlauf der Messgrößen -- 3.4.4 Vergleich des Beschleunigungsverhaltens -- 4 Numerische Untersuchungen -- 4.1 Stationäre Simulationen -- 4.1.1 Modellaufbau und Einstellungen -- 4.1.2 Verdichter -- 4.1.3 Turbine -- 4.1.4 Mechanische Verlustleistung -- 4.2 Entwicklung der transienten Simulationsmethodik -- 4.2.1 Druck-Randbedingung nach dem Verdichter -- 4.2.1.1 Vorgabe des gemessenen Druckverlaufs -- 4.2.1.2 Einfluss der Messtoleranz -- 4.2.1.3 Einfluss des realen Volumens nach dem Verdichter -- 4.2.2 Massenstrom-Randbedingung nach dem Verdichter -- 4.2.2.1 Berechnete Massenstromverläufe -- 4.2.2.2 Verlängerte Verdichternachlaufstrecke -- 4.2.3 Festlegung der weiteren Vorgehensweise -- 4.2.4 Einflussgrößen auf den berechneten Drehzahlgradienten -- 4.2.4.1 Reduzierung der Zeitschrittweite -- 4.2.4.2 Turboladerdrehzahl -- 4.2.4.3 Turbinenleistung -- 4.2.4.4 Mechanische Verlustleistung der Lagerung -- 4.2.4.5 Massenträgheitsmoment des Laufzeugs -- 4.2.5 Anwendung auf weitere Lastsprünge.

4.2.6 Zeitliche Verzögerung der Drucksignale -- 4.3 Numerische Analyse des Instationärverhaltens -- 4.3.1 Turbinen- und Verdichterleistung -- 4.3.2 Innere Wirkungsgrade -- 4.3.3 Axialkräfte und Axialschub -- 4.4 Fazit -- 5 Zusammenfassung -- Literatur -- A Nomenklatur der Auswertestellen -- B Grundlagen -- B.1 Thermodynamische Grundlagen -- B.1.1 Erster und Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik -- B.1.2 Spezifische Wärmekapazitäten -- B.1.3 Divergenz der Isobaren im h-s-Diagramm -- C Experimentelle Untersuchungen -- C.1 Prüfstandsaufbau -- C.1.1 Reproduzierbarkeit der instationären Messungen -- C.2 Messprogramm -- C.2.1 Lage der Lastsprünge im Verdichterkennfeld -- C.3 Stationäre Messungen von Turbolader 2 -- C.3.1 Verdichter -- C.3.2 Turbine -- C.3.3 Mechanische Verlustleistung -- C.4 Analyse des Instationärverhaltens -- C.4.1 Trägheit der Messgrößen -- C.4.2 Instationärer Verlauf der Messgrößen -- C.4.3 Vergleich Beschleunigungsverhalten -- D Numerische Untersuchungen -- D.1 Stationäre Simulationen -- D.1.1 Verdichterkennfelder des Vergleichsladers -- D.1.2 Turbinenkennfelder des Vergleichsladers -- D.1.3 Verhältnis Verlustmoment zu Verdichterdrehmoment -- D.1.4 Auswirkungen auf die inneren Wirkungsgrade -- D.1.5 Verlustmoment Vergleichslader -- D.1.6 Mechanischer Wirkungsgrad -- D.2 Entwicklung der transienten Simulationsmethodik -- D.2.1 Berechnung des Verdichtermassenstroms -- D.2.2 Anwendung auf weitere Lastsprünge -- D.2.3 Zeitliche Verzögerung der Drucksignale -- D.3 Analyse des Instationärverhaltens -- D.3.1 Verdichtermassenstrom -- D.3.2 Trägheit der Simulationsgrößen -- D.3.3 Zeitlicher Verlauf der inneren Turbinenwirkungsgrade -- D.3.4 Kennzahl zur Bewertung der Strömungsrichtung -- D.3.5 Zeitlicher Verlauf der Totaldruckverhältnisse -- D.3.6 Strömungsausprägung im Verdichterrad -- D.3.7 Zusammensetzung der Axialkraft.

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