Modellierung der Zerstäubung und der Sprühstrahlausbreitung in Triebwerksbrennkammern
Frank-Oliver Bartz
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Frank-Oliver Bartz, Modellierung der Zerstäubung und der Sprühstrahlausbreitung in Triebwerksbrennkammern (2020), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832586621
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Beschreibung / Abstract
Die Aufbereitung des flüssigen Kraftstoffes in Brennkammern von Gasturbinen beeinflusst maßgeblich die entstehenden Schadstoffe. In modernen Brennkammern von Flugtriebwerken erfolgt die Aufbereitung des Luft-Brennstoff-Gemischs durch luftgestützte Brennstoffdüsen, sogenannten "Airblast-Zerstäubern". Der aufgeprägte Kraftstofffilm wird unter der Einwirkung von Luft in Ligamente und Tropfen zerteilt. Falls ausreichend große aerodynamische Kräfte an diesen Ligamenten und Tropfen vorherrschen, werden diese nachzerstäubt. Diese Nachzerstäubung wird als Sekundärzerfall bezeichnet. Der flüssige Kraftstoff breitet sich weiterhin aus und verdunstet, bevor er verbrennt.
Diese Arbeit befasst sich mit der Modellierung der Zerstäubung und Ausbreitung des Kraftstoffes in Triebwerksbrennkammern. Hierbei liegt der Schwerpunkt auf dem Sekundärzerfall. Basierend auf früheren Arbeiten am Institut für Thermische Strömungsmaschinen des Karlsruher Instituts für Technologie wird ein Modell zur Beschreibung des Sekundärzerfalls erweitert. Anschließend wird anhand von numerischen Berechnungen der Frage nachgegangen, inwiefern sich das Sekundärzerfallsmodell auf die berechnete Ausbreitung des Kraftstoffes in einer Flugtriebwerksbrennkammer auswirkt.
Diese Arbeit befasst sich mit der Modellierung der Zerstäubung und Ausbreitung des Kraftstoffes in Triebwerksbrennkammern. Hierbei liegt der Schwerpunkt auf dem Sekundärzerfall. Basierend auf früheren Arbeiten am Institut für Thermische Strömungsmaschinen des Karlsruher Instituts für Technologie wird ein Modell zur Beschreibung des Sekundärzerfalls erweitert. Anschließend wird anhand von numerischen Berechnungen der Frage nachgegangen, inwiefern sich das Sekundärzerfallsmodell auf die berechnete Ausbreitung des Kraftstoffes in einer Flugtriebwerksbrennkammer auswirkt.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- 1 Einleitung
- 2 Grundlagen und Stand der Forschung
- 2.1 Tropfenzerfall
- 2.2 Numerische Beschreibung der Kraftstoffaufbereitung
- 2.3 Zielsetzung und Vorgehensweise
- 3 Experimentelle Untersuchung des Zerfalls einzelner Tropfen
- 3.1 Versuchsaufbau
- 3.2 Gasphase
- 3.3 Zerfallssequenzen und charakteristischeWerte
- 3.4 Zeitliche Variation der Weber-Zahl
- 3.5 Tropfenverformung
- 3.6 Widerstandsbeiwert
- 3.7 Fazit
- 4 Modellierung des Sekundärzerfalls
- 4.1 Beschreibung der Tropfenverformung
- 4.2 Äquivalenter Sprungzustand
- 4.3 Widerstandsbeiwert
- 4.4 Zerfallsprodukte
- 4.5 Validierung der Tropfendeformations- und Zerfallsmodelle
- 4.6 Fazit
- 5 Numerische Beschreibung der Zerstäubung in einer industriellen Brennkammer
- 5.1 Untersuchter Zerstäuber und Brennkammer
- 5.2 Gitter
- 5.3 Numerik und Randbedingungen
- 5.4 Ergebnis: Strömung der Gasphase
- 5.5 Bestimmung der Primärtropfen und Tropfenstartbedingungen
- 5.6 Ergebnis: Sprühstrahlausbreitung und Gemischbildung
- 5.7 Fazit
- 6 Zusammenfassung
- Literatur
- Anhang
- A.1 Experimentelle Untersuchung einzelner Tropfen