Entwicklung eines Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) Codes zur numerischen Vorhersage des Primärzerfalls an Brennstoffeinspritzdüsen
Corina Höfler
Diese Publikation zitieren
Corina Höfler, Entwicklung eines Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) Codes zur numerischen Vorhersage des Primärzerfalls an Brennstoffeinspritzdüsen (2013), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832596224
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Beschreibung / Abstract
Aufgrund der strengen Schadstoffemissionsrestriktionen zukünftiger Triebwerksgenerationen bedarf es der Entwicklung innovativer und effizienter Triebwerkskonzepte. Eine Optimierung des Zerstäubersystems ist in diesem Zusammenhang unerlässlich. Daher ist es wünschenswert, die Kraftstoffaufbereitung in der Brennkammer unter Verwendung von Airblast-Zerstäubern und insbesondere den bisher noch nicht mit ausreichender Genauigkeit modellierbaren Primärzerfall, in Zukunft numerisch vorhersagen zu können.
Im vorliegenden Forschungsbericht wird systematisch untersucht, ob und inwiefern die gitterfreie Lagrange'sche Smoothed Particle Hydrodynamics Methode in diesem Kontext anwendbar ist. Hat der SPH Ansatz das Potential, den Primärzerfall in technisch relevanten Systemen exakt beschreiben zu können? Können die charakteristischen Effekte, die während des Primärzerfalls von Bedeutung sind, korrekt vorhergesagt werden? Welche Modelle sind dafür einsetzbar oder müssen in geeigneter Weise modifiziert werden? Der zentrale Teil dieses Forschungsberichts beschäftigt sich mit der Entwicklung und der umfassenden Validierung des auf der SPH Methode basierenden Strömungslösers.
Im vorliegenden Forschungsbericht wird systematisch untersucht, ob und inwiefern die gitterfreie Lagrange'sche Smoothed Particle Hydrodynamics Methode in diesem Kontext anwendbar ist. Hat der SPH Ansatz das Potential, den Primärzerfall in technisch relevanten Systemen exakt beschreiben zu können? Können die charakteristischen Effekte, die während des Primärzerfalls von Bedeutung sind, korrekt vorhergesagt werden? Welche Modelle sind dafür einsetzbar oder müssen in geeigneter Weise modifiziert werden? Der zentrale Teil dieses Forschungsberichts beschäftigt sich mit der Entwicklung und der umfassenden Validierung des auf der SPH Methode basierenden Strömungslösers.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- 1 Einleitung
- 2 Zerstäubung flüssiger Medien - Stand der Forschung
- 2.1 Theoretische und experimentelle Grundlagen
- 2.2 Numerische Beschreibung der Zweiphasenströmung
- 2.3 Smoothed Particle Hydrodynamics
- 2.4 Zielsetzung
- 3 Strömungsmechanische Grundlagen
- 3.1 Erhaltung der Masse
- 3.2 Erhaltung des Impulses
- 3.3 Erhaltung der inneren Energie
- 3.4 Zustandsgleichung
- 4 Smoothed Particle Hydrodynamics
- 4.1 Ortsdiskretisierung
- 4.2 Räumliche Ableitungen
- 4.3 Glättungsfunktionen
- 4.4 Diskretisierung der Erhaltungsgleichungen
- 4.5 Zustandsgleichung
- 4.6 Oberflächenspannung
- 4.7 Numerische Korrekturen
- 4.8 Randmodellierung
- 5 Implementierung des SPH Verfahrens
- 5.1 Programmaufbau
- 5.2 Nachbarsuche
- 5.3 Zeitdiskretisierung
- 5.4 Limitierung des Zeitschritts
- 6 Modellvalidierung
- 6.1 Einphasen-Testfälle ohne Oberflächeneffekte
- 6.2 Einphasen-Testfälle mit freier Oberfläche
- 6.3 Zweiphasen-Testfälle
- 6.4 Diskussion der Oberflächenspannungsmodelle
- 6.5 Zusammenfassende Beurteilung der Modellvalidierung
- 7 Zusammenfassung und Ausblick
- Literatur
- Anhang