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Eintrag in der Universitätsbibliographie der TU Chemnitz

Volltext zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-340152


Masser, Robin
Hoffmann, Karl Heinz ; Salamon, Peter (Gutachter)

Endoreversible Thermodynamics of a Hydraulic Recuperation System


Kurzfassung in deutsch

In dieser Arbeit verwende ich den Formalismus der endoreversiblen Thermodynamik um ein hydraulisches Rekuperationssystem für Nutzfahrzeuge zu modellieren und zu untersuchen. Dafür führe ich verlustbehaftete Übergänge extensiver Größen zwischen Teilsystemen eines Systems ein. Diese können einerseits der Modellierung von Leckagen und Reibungsverlusten, welche als Partikel- oder Drehmomentverluste dargestellt würden, dienen. Andererseits ermöglichen sie die Modellierung einer endoreversiblen Maschine, welche – durch Definition eines solchen verlustbehafteten, internen Überganges – ein gegebenes Wirkungsgradkennfeld und daraus resultierende Entropieproduktion inne hat. Diese wird infolge zur Modellierung der Hydraulikeinheit des Rekuperationssystems verwendet. Desweiteren basiert die Beschreibung des Rekuperationssystems auf der Modellierung der Hydraulikflüssigkeit als Van-der-Waals-Fluid, sodass Druckverluste im endoreversiblen Sinne konsistent berücksichtigt werden können. Von gegebenen Materialparamtern werden die dafür notwendigen Van-der-Waals-Parameter hergeleitet. Weitere Aspekte sind Wärmeverluste an die Umgebung sowie Wärmeübergänge zwischen Teilsystemen. Auf Grundlage realer Fahrdaten der Nutzfahrzeuge werden verschiedene dynamische und thermodynamische Effekte im Rekuperationssystem analysiert. Ihr Einfluss auf die resultierenden energetischen Einsparungen beim Abbremsen und Beschleunigen wird durch Variation zugehöriger Parameter aufgezeigt. Zuletzt wird mit einem vereinfachten Modell ohne Druck- und Wärmeverluste, aber unter Einbeziehung des Verbrennungsmotors des Fahrzeuges, eine Optimierung der Steuerung des hydraulischen Rekuperationssystems mit Hinblick auf minimalen Kraftstoffverbrauch durchgeführt. Hier zeigt sich eine erhebliche Verbesserung durch die Leistungsaufteilung zwischen Verbrennungsmotor und Rekuperationssystem nach deren Betriebsbereichen mit maximalem Wirkungsgrad.

Kurzfassung in englisch

In this work I use the formalism of endoreversible thermodynamics to model and investigate a hydraulic recuperation system for commercial vehicles. For that, I introduce lossy transfers of extensive quantities between subsystems of an endoreversible system. On the one hand, these allow modeling of leakages and friction losses, which can be represented as particle or torque losses. On the other hand, they can be used as internal extensity transfers in endoreversible engines which, as a result, have a given efficiency or efficiency map and among other things give an expression for their entropy production. Such an engine is used to model the hydraulic unit of the recuperation system. Furthermore, the description of the recuperation system is based on the modeling of the hydraulic fluid as a van der Waals fluid, so that pressure losses can be taken into account in a consistent endoreversible fashion. From given material parameters the necessary van der Waals parameters are derived. Other aspects of the modeling include heat losses to the environment and heat transfers between subsystems. On the basis of real driving data, various dynamic and thermodynamic effects within the recuperation system are observed and their influence as well as the influence of selected parameters on the resulting energy savings for both acceleration and deceleration are shown. Finally, using a simplified model neglecting pressure and heat losses, but including the internal combustion engine of the vehicle, an optimization of the control strategy for the hydraulic recuperation system with regard to minimum fuel consumption is performed. Here, a significant improvement due to a power distribution between combustion engine and recuperation system according to their high efficiency operating ranges can be achieved.

Universität: Technische Universität Chemnitz
Fakultät: Fakultät für Naturwissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Betreuer: Hoffmann, Karl Heinz
SWD-Schlagwörter: Nichtgleichgewichtsthermodynamik , Energierückgewinnung , Druckabfall , Thermodynamik
Freie Schlagwörter (Deutsch): Nichtgleichgewichtsthermodynamik , Endoreversible Thermodynamik , Energierückgewinnung , Hydraulische Speichersysteme , Kompressibles Fluid , Druckverluste , Vander-Waals-Gas , Optimierung , Wirkungsgradkennfeld
Freie Schlagwörter (Englisch): Non-Equilibrium Thermodynamics , Endoreversible Thermodynamics , Energy Recovery , Hydraulic Storage Systems , Compressible Fluid , Pressure Losses , Van der Waals Gas , Optimization , Efficiency Map
DDC-Sachgruppe: Physik
Sprache: englisch
Tag der mündlichen Prüfung 15.05.2019

 

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