Abstract: |
In dieser Arbeit werden numerische Simulationen von Gas-Flüssigkeit-Zweiphasenströmungen unter Berücksichtigung der Phasengrenze zwischen den beteiligten Fluiden durchgeführt, wobei der Fokus auf Prozessen liegt, welche für die Kraftstoffzerstäubung in Flugtriebwerken relevant sind. Die numerische Untersuchung der Phasengrenzendynamik
und des Primärzerfalls kann dazu beitragen, das Verständnis der komplexen Vorgänge an der Phasengrenze zu erhöhen und so prädiktiven Zerfallsmodellen einen kleinen Schritt näher zu kommen. Die in dieser Arbeit untersuchten Konfigurationen sind so ausgewählt, dass die verschiedenen Aspekte, die bei der Kraftstoffzerstäubung in Flugtriebwerken eine Rolle spielen, Berücksichtigung finden. Es werden ein schubspannungsgetriebener flüssiger Wandfilm in beschleunigter Luftströmung, der Strahlzerfall
eines Kerosinjets in einer senkrecht dazu verlaufenden Luftströmung, und der Zerfall eines flüssigen Wandfilms, welcher am Ende der filmtragenden Wand zwei Luftströmen
ausgesetzt ist, numerisch untersucht. Dabei werden die Simulationsergebnisse experimentellen Daten gegenübergestellt und besonderes Augenmerk auf die Beschreibung der Phasengrenzendynamik gelegt, welche bei Primärzerfallsprozessen einer detaillierten experimentellen Untersuchung in der Regel nicht zugänglich ist. Am Beispiel
des letztgenannten Falls wird ein Konzept vorgestellt, welchem der Gedanke zugrunde liegt, einen Zerstäubungsvorgang mittels Direkter Numerischer Simulation (DNS)zu berechnen, ohne die detaillierte Geometrie der Zerstäubungsapparatur in der DNS abbilden zu müssen. Dazu wird nur das interessierende Teilgebiet in der DNS abgebildet und die Randbedingungen für die Ränder des gewählten DNS-Gebietes durch separate Simulationen zuvor berechnet. Darüber hinaus wird der Einfluss einzelner Parameter auf das dynamische Verhalten der Phasengrenze isoliert, was experimentell oftmals nicht zu bewerkstelligen ist. Zur numerischen Untersuchung wird ein auf der Volume-of-Fluid-Methode (VoF) basierendes Verfahren zur Erfassung der Phasengrenze eingesetzt. Der Vorteil von VoF-Verfahren liegt darin, dass sie konservativ sind und
starke Topologieänderungen der Phasengrenze abbilden können. |