DLR.de • Folie 2 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014
Übersicht
1 – Einführung & Motivation
2 – Flugtriebwerkszerstäuber
3 – Beschränkte Optimierung des SMDs
DLR.de • Folie 3 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014
1 – Einführung & Motivation
1.1 – Unterschiede in der Zusammensetzung
Quelle: (1)
DLR.de • Folie 4 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014
1 – Einführung & Motivation
1.2 – Zusammenhang zwischen Eigenschaften, Prozesse und Performance
Quelle: (2)
DLR.de • Folie 5 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014
Schema des Optimierungsprozesses
DLR.de • Folie 6 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014
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)
DLR.de • Folie 9 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014
2 – Flugtriebwerkszerstäuber
VERIFIZIERUNG VALIDIERUNG
2.1 – Implementierung in Matlab und Valiedierung: PFAA
Quelle: (3)
DLR.de • Folie 10 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014
2.2 – Flugzustande
2 – Flugtriebwerkszerstäuber
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
Relative Unterschied im Vergleich zu Jet A-1 (%)
SMD for PRESSURE SWIRL ATOMIZER
DLR.de • Folie 12 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014
Dodecane 4.6
Farnesane 1.8
Cyclohexane 6.3
Relative Unterschied im Vergleich zu Jet A-1 (%)
Dodecane 4.8
Farnesane 1.8
Cyclohexane 10
Relative Unterschied im Vergleich zu Jet A-1 (%)
SMD for PRE-FILMING AIRBLAST ATOMIZER
DLR.de • Folie 13 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014
3 – Beschränkte Optimierung des SMDs
3.1 – Minimierungsproblem
DLR.de • Folie 14 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014
3 – Beschränkte Optimierung des SMDs
3.2 – Einzelergebnis für einen Flugstand
TAKE OFF – 5.1 bar
DLR.de • Folie 15 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014
3 – Beschränkte Optimierung des SMDs
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
DLR.de • Folie 16 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014
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
DLR.de • Folie 17 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014
3.4 – Gesamtergebnis PSA & PFAA
Ergebnismenge für 2 Druckunterschiede und 4 Betriebsbedingung
3 – Beschränkte Optimierung des SMDs
PFAA keine Ergebnismenge für HAR 1 & 2
DLR.de • Folie 18 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014
3.4 – Problem PFAA im HAR
3 – Beschränkte Optimierung des SMDs
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
DLR.de • Folie 19 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014
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
> Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
DLR.de • Folie 21 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014
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
> Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014
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
DLR.de • Folie 24 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014
2.4 – Einfluß der Temperatur
Schritt 2 – Pressure Swirl Atomizer
DLR.de • Folie 25 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014
2.4 – Einfluß der Temperatur
Schritt 2 – Pressure Swirl Atomizer
DLR.de • Folie 26 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014