Experimentelle Untersuchung des Primärzerfalls an generischen luftgestützten Zerstäubern unter Hochdruckbedingungen
Sebastian Gepperth
Diese Publikation zitieren
Sebastian Gepperth, Experimentelle Untersuchung des Primärzerfalls an generischen luftgestützten Zerstäubern unter Hochdruckbedingungen (2019), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832587505
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Beschreibung / Abstract
Einen maßgeblichen Einfluss auf die Reduktion der Schadstoffemissionen in neuen Triebwerksgenerationen hat die Kraftstoffaufbereitung in der Brennkammer. Hierzu werden verstärkt luftgestützte filmlegende Zerstäuber eingesetzt. Um die Entwicklung neuer Zerstäuberdüsen zu verbessern und zu beschleunigen, ist ein besseres Verständnis des Zerstäubungsprozesses und die Bestimmung der dominierenden Prozessparameter zwingend erforderlich.
An diesem Punkt setzt die vorliegende Arbeit an. Um die in industriell eingesetzten, rotationssymmetrischen Zerstäubern sich überlagernden Effekte zu trennen, werden die experimentellen Untersuchungen an abstrahierten, ebenen luftgestützten Modellzerstäubern mit Filmlegern durchgeführt. Analysiert wird hierbei der Einfluss der Zerstäubergeometrie, der physikalischen Eigenschaften diverser Ersatzkraftstoffe und einer Erhöhung des Umgebungsdrucks auf den Primärzerfall. Durch die gezielte Kombination dieser Parameter ist es möglich, die dominierenden Prozessgrößen, die am Zerfallsvorgang beteiligt sind, zu identifizieren. Basierend auf den experimentellen Daten werden Korrelationen entwickelt, die ohne weitere Skalierung für einen sehr weiten Betriebsbereich bei der Entwicklung neuer Zerstäuber eingesetzt werden können. Durch moderne bildgebende Messsysteme und eine entsprechende Nachverarbeitung der aus den Aufnahmen gewonnen Informationen ist es zudem möglich, zeitlich und räumlich hochaufgelöste Ergebnisse im Primärzerfallsbereich zu erhalten. Diese Daten können für die Validierung neuartiger numerischer Methoden eingesetzt werden können.
An diesem Punkt setzt die vorliegende Arbeit an. Um die in industriell eingesetzten, rotationssymmetrischen Zerstäubern sich überlagernden Effekte zu trennen, werden die experimentellen Untersuchungen an abstrahierten, ebenen luftgestützten Modellzerstäubern mit Filmlegern durchgeführt. Analysiert wird hierbei der Einfluss der Zerstäubergeometrie, der physikalischen Eigenschaften diverser Ersatzkraftstoffe und einer Erhöhung des Umgebungsdrucks auf den Primärzerfall. Durch die gezielte Kombination dieser Parameter ist es möglich, die dominierenden Prozessgrößen, die am Zerfallsvorgang beteiligt sind, zu identifizieren. Basierend auf den experimentellen Daten werden Korrelationen entwickelt, die ohne weitere Skalierung für einen sehr weiten Betriebsbereich bei der Entwicklung neuer Zerstäuber eingesetzt werden können. Durch moderne bildgebende Messsysteme und eine entsprechende Nachverarbeitung der aus den Aufnahmen gewonnen Informationen ist es zudem möglich, zeitlich und räumlich hochaufgelöste Ergebnisse im Primärzerfallsbereich zu erhalten. Diese Daten können für die Validierung neuartiger numerischer Methoden eingesetzt werden können.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- 1 Einleitung und Motivation dieser Arbeit
- 2 Grundlagen und wissenschaftlicher Kenntnisstand
- 2.1 Kraftstoffzerstäubung durch luftgestützte Zerstäuber
- 2.2 Kennzahlen zur Beschreibung von Zerfallsprozessen
- 2.3 Charakterisierung von Sprays
- 2.4 Experimentelle Untersuchungen zum Zerfall von Flüssigkeitsfilmen
- 2.5 Sekundärzerfall von Einzeltropfen
- 2.6 Vorhandene Korrelationen zur Beschreibung der Zerfallsprodukte
- 2.7 Numerische Beschreibung von Zerstäubungsvorgängen
- 2.8 Ziele und Vorgehensweise dieser Arbeit
- 3 Versuchsaufbau und untersuchte Betriebspunkte
- 3.1 Anforderungen an den Versuchsaufbau
- 3.2 Atmosphärische Messstrecke
- 3.3 Hochdruckmessstrecke
- 3.4 Generische Zerstäuberkonfigurationen
- 3.5 Untersuchte Betriebspunkte
- 4 Messtechnik
- 4.1 Charakterisierung der Gasphase
- 4.2 Charakterisierung der Flüssigphase
- 5 Aerodynamische Untersuchungen der Zerstäuber
- 5.1 Überprüfung der Zweidimensionalität der Zerstäuber
- 5.2 Vergleich der beiden Messstrecken
- 5.3 Vergleich der unterschiedlichen Zerstäuber
- 5.4 Zusammenfassende Beurteilung der aerodynamischen Untersuchungen
- 6 Einblicke in den Primärzerfall eines Flüssigkeitsfilms
- 6.1 Einfluss der mittleren Gasgeschwindigkeit
- 6.2 Einfluss der Zerstäuberkantendicke
- 6.3 Einfluss der physikalischen Eigenschaften des Ersatzkraftstoffs
- 6.4 Einfluss der Filmbeladung
- 6.5 Einfluss des Umgebungsdrucks
- 6.6 Zusammenfassung der qualitativen Zerfallsuntersuchung
- 7 Experimentelle Untersuchungen der Flüssigphase
- 7.1 Analyse des Flüssigkeitsfilms
- 7.2 Primärzerfall der Flüssigkeitsansammlung
- 7.3 Zusammenfassung der quantitativen Untersuchungen der Flüssigphase
- 8 Entwicklung neuer Korrelationen zur Vorhersage der Primärzerfallsprodukte
- 8.1 Vorgehensweise
- 8.2 Korrelation für die zeitliche Erzeugung von Primärtropfen
- 8.3 Korrelationen für die Primärtropfengröße und -verteilung
- 8.4 Korrelation für die Primärtropfengeschwindigkeit
- 8.5 Zusammenfassung und Einsatzgrenzen der Korrelationen
- 9 Zusammenfassung
- Literatur