ISBN 978-3-8439-0606-7

978-3-8439-0606-7, Reihe Ingenieurwissenschaften

Martin E. Maier
Eine effiziente Methode zur rechnerischen Bewertung und Auslegung des Wärmeerhalts von Gesamtfahrzeugen

192 Seiten, Dissertation Technische Universität Dresden (2012), Hardcover, D4

Zusammenfassung / Abstract

Die Optimierung des Kaltstartverhaltens von Verbrennungsmotoren und die dadurch erreichte Reduzierung der CO2-Emissionen während der Warmlaufphase gelten als wichtige Ziele des Wärmemanagements moderner Kraftfahrzeuge. In diesem Zusammenhang werden vermehrt Isolations- und Kapselmaßnahmen gezielt in die Vorderwagenarchitektur integriert, mit dem Ziel, die Abkühlung reibungsrelevanter Bauteile des Antriebsstrangs nach Abstellen des Fahrzeugs zu verlangsamen. Die Komplexität der Motorraumgeometrie sowie die Vielfältigkeit der Konzeptanforderungen führen zu der Notwendigkeit, die Systeme zu einer sehr frühen Phase des Entwicklungsprozesses technisch bewerten zu können. Hierfür sind numerische Simulationsmethoden besonders geeignet.

Eine rechnerische Vorhersage des Abkühlverhaltens des Antriebsstrangs über einen Zeitraum mehrerer Stunden kann jedoch aufgrund zu hoher Rechenzeiten nicht mit Hilfe moderner dreidimensionaler CFD-Methoden bewerkstelligt werden. Daher wird in der vorliegenden Arbeit die Anwendung einer Multi-Zonen-Berechnungsmethode für ein Gesamtfahrzeug vorgestellt, die einen Kompromiss zwischen Komplexität und ausreichender physikalischer Abbildung der relevanten Wärmeübertragungsmechanismen darstellt. Die während der Abkühlphase auftretenden freien Konvektionsströmungen werden dabei über einen Bernoulli-Ansatz vereinfacht modelliert und mit eindimensionalen Strukturmodellen der Antriebs- bzw. Karosseriekomponenten thermisch gekoppelt. Dadurch konnte ein leistungsfähiges, flexibel einsetzbares Auslegungswerkzeug entwickelt werden, welches die Bewertung verschiedener Wärmeerhaltskonzepte bei deutlich verkürzten Rechenzeiten ermöglicht.