Untersuchung thermo-mechanischer Belastungen in Abgassystemen bei hochdynamischer Druckpulsation

Inhalt:
Für die Erhaltung von Ressourcen und dem Entgegenwirken des Treibhauseffektes wird die Effizienz von Motoren durch Hochaufladung und Downsizing kontinuierlich verbessert. Dies führt zu einer erhöhten Belastung des Abgasturboladers durch hochdynamische Druck- und Temperaturverläufe. Die Untersuchung des strukturdynamischen Verhaltens von Teilsystemen der Abgasanlage, insbesondere des Abgasturboladers, ist der Hauptinhalt dieser Forschungsarbeit. Die Simulation zur Abbildung der hochdynamischen Druckpulsation und des Energieeintrages in die Komponenten des Abgassystems stellt hierbei eine große Herausforderung dar. Ein Ziel ist in diesem Zusammenhang die Beschreibung des Strömungszustandes und dessen Auswirkung auf die Bauteilstruktur. Hierbei wird auf die komplexe Nutzung energetischer (Strömungsdynamik), konstruktiver, strukturdynamischer, thermomechanischer, reaktionskinetischer Methoden in diesem Kontext zurückgegriffen. Weiterhin steht der Anspruch auf Skalierbarkeit der Ergebnisse auf vielfältige Betriebsszenarien des Abgasturboladers. In einigen strukturmechanischen Untersuchungen werden die Auswirkungen der Strömungs- und Temperaturbelastungen auf das Materialverhalten im stationären Endzustand behandelt. Durch die enge Zusammenarbeit der oben genannten Fachgebiete wurden, mit Hilfe gekoppelter CFD- und FEM-Simulationen, die Auswirkung zyklisch wechselnder Strömungs- und Temperaturbelastungen auf die mechanisch-thermische Stabilität des Systems untersucht und beschrieben. Der Fokus lag dabei auf der Auswirkung der nicht gleichmäßigen räumlichen und zeitlichen Erwärmung der einzelnen Bauteile.