DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 22.08.2014

Optimierung alternativen Treibstoffe

Noël Nesanson

DLR.de • Folie 2 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014

Übersicht

1 – Einführung & Motivation

2 – Flugtriebwerkszerstäuber

3 – Beschränkte Optimierung des SMDs



1.1 – Unterschiede in der Zusammensetzung

Quelle: (1)



1.2 – Zusammenhang zwischen Eigenschaften, Prozesse und Performance

Quelle: (2)


Schema des Optimierungsprozesses


Jasuja’s Gleichung für Pressure Swirl Atomizer (PSA)

El-Shanawany and Lefevbre’s Gleichung für Pre-filming Airblast Atomizer (PFAA)

PSA Schema PFAA Schema

Quelle: (1) – (3)2 – Flugtriebwerkszerstäuber

> Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.07.2014DLR.de • Folie 7

Optimierung

Zerstäubung

Ziel: - klein SMD

- Reproduktion Referenz SMD

Variation der Zusammensetzung

2.1 – Implementierung in Matlab und Valiedierung: PSA

2 – Flugtriebwerkszerstäuber DLR.de • Folie 8 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014

VERIFIZIERUNG VALIDIERUNG

Quelle: (1)



VERIFIZIERUNG VALIDIERUNG

2.1 – Implementierung in Matlab und Valiedierung: PFAA

Quelle: (3)


2.2 – Flugzustande


DLR.de • Folie 11

Dodecane 7.1

Farnesane 7.2

Cyclohexane 14.7

> Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014

Relative Unterschied im Vergleich zu Jet A-1 (%)

Dodecane 5

Farnesane 5.4

Cyclohexane 14.5


SMD for PRESSURE SWIRL ATOMIZER


Dodecane 4.6

Farnesane 1.8

Cyclohexane 6.3


Dodecane 4.8

Farnesane 1.8

Cyclohexane 10


SMD for PRE-FILMING AIRBLAST ATOMIZER



3.1 – Minimierungsproblem



3.2 – Einzelergebnis für einen Flugstand

TAKE OFF – 5.1 bar



3.3 – Gesamtergebnis PSA

TAKE OFF CRUISE

HAR1 HAR2+ =0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

00.10.20.30.40.50.60.70.80.91

Ydo

de

Yfarn

Acceptable zone of solution for the minimisation problem for all operational conditions - Delta P = 5.1 bar

Take OffCruiseAltitude Relight 1Altitude Relight 2y = 1 - x


Schritt 3 – Optimierung unter Zwänge der SMD

3.3 – Verschiedene ErgebnisseTAKE OFF CRUISE

HAR1 HAR2+ =

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

00.10.20.30.40.50.60.70.80.91

Ydo

de

Yfarn

Acceptable zone of solution for the minimisation problem for all operational conditions - Delta P = 5.1 bar

Take OffCruiseAltitude Relight 1Altitude Relight 2y = 1 - x

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

00.10.20.30.40.50.60.70.80.91

Ydo

de

Yfarn

Acceptable zone of solution for the minimisation problem


3.4 – Gesamtergebnis PSA & PFAA

Ergebnismenge für 2 Druckunterschiede und 4 Betriebsbedingung


PFAA keine Ergebnismenge für HAR 1 & 2


3.4 – Problem PFAA im HAR


Abschluß

- Sehr komplexes Problem mit vielen verschiedenen Parametern und Abhängigkeiten:

- Unterschiedliche Technologien (PSA, PFAA, …)- Starke unterschiedliche Betriebsbedigungen

- Erfolgreiche Verwendung phänomenologische Modelle für die Optimierung der Treibstoff Zusammensetzung

Nächste Schritte: - Implementierung weiterer Einschränkungen aus den Treibstoffspezifikation- Implementierung weiterer Prozesse Pareto - Optimierung


Literatur

DLR.de • Folie 20

(1) Impact of alternative Fuels Physical Properties on Combustion PerformanceP. Le Clercq and M. Aigner, Institute of Combustion Technology, DLR German Aerospace Center, Stuttgart

(2) Evaluation of Combustion Performance off Alternative Aviation Fuels, Tim Edwards, Cliff Moses and Fred Dryer

(3) Third Edition Gas Turbine Combustion Alternative Fuels and Emissions, Arthur H. Lefebvre and Dilip R. Ballal


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit


Backup Folien


1.4 – Sauter Mean Diameter (D32) und anderen Durchmessern

p > q ganze ZahlenN ist die Anzahl den Tropfendi Durchmesser der Tropfen ini Häufigkeit der Tropfen i

DLR.de • Folie 23

Schritt 1 – Fundamenten und Motivation


2.5 – Oberflächspannung und Viskosität verschiedener Mischungen

200 300 400 500 6000.00500000000000001

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

Sigma Jet A-1Sigma DodecaneSigma FarnesaneSigma Cyclohexane

Temperature (T)

Surf

ace

tens

ion

(N/m

)

200 250 300 350 400 450 500 5500

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

Mu Jet A-1Mu DodecaneMu FarnesaneMu Cyclohexane

Temperature (T)

dyna

mic

visc

osity

(Pa.

s)

Schritt 2 – Pressure Swirl Atomizer


2.4 – Einfluß der Temperatur




Schritt 3 – Optimierung unter Zwänge der SMD

3.2 – Wiederformulierung 2D um Zeit und Raum zu sparen

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