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Optimierung alternativen Treibstoffe Noël Nesanson
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DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 22.08.2014

Mar 20, 2017

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No NESANSON
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Page 1: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 22.08.2014

Optimierung alternativen Treibstoffe

Noël Nesanson

Page 2: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 22.08.2014

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

Übersicht

1 – Einführung & Motivation

2 – Flugtriebwerkszerstäuber

3 – Beschränkte Optimierung des SMDs

Page 3: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 22.08.2014

DLR.de • Folie 3 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014

1 – Einführung & Motivation

1.1 – Unterschiede in der Zusammensetzung

Quelle: (1)

Page 4: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 22.08.2014

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)

Page 5: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 22.08.2014

DLR.de • Folie 5 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014

Schema des Optimierungsprozesses

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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

Page 7: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 22.08.2014

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

Optimierung

Zerstäubung

Ziel: - klein SMD

- Reproduktion Referenz SMD

Variation der Zusammensetzung

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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)

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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)

Page 10: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 22.08.2014

DLR.de • Folie 10 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014

2.2 – Flugzustande

2 – Flugtriebwerkszerstäuber

Page 11: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 22.08.2014

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

Page 12: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 22.08.2014

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

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DLR.de • Folie 13 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014

3 – Beschränkte Optimierung des SMDs

3.1 – Minimierungsproblem

Page 14: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 22.08.2014

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

Page 15: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 22.08.2014

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

Page 16: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 22.08.2014

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

Page 17: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 22.08.2014

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

Page 18: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 22.08.2014

DLR.de • Folie 18 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014

3.4 – Problem PFAA im HAR

3 – Beschränkte Optimierung des SMDs

Page 19: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 22.08.2014

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

Page 20: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 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

Page 21: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 22.08.2014

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

DLR.de • Folie 21 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014

Page 22: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 22.08.2014

Backup Folien

DLR.de • Folie 22 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014

Page 23: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 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

Page 24: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 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

Page 25: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 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

Page 26: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 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

Page 27: DLR Optimierung alternativer Treibstoffe - 22.08.2014

DLR.de • Folie 27 > Optimierung alternativer Treibstoffe > Noël Nesanson > 22.08.2014

Schritt 3 – Optimierung unter Zwänge der SMD

3.2 – Wiederformulierung 2D um Zeit und Raum zu sparen