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.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Die Reduktion von Luftschadstoffen zum Erreichen der Klimaschutzziele ist eine der Kernherausforderungen der Luftfahrtindustrie. Hierin spielt die Optimierung der Verbrennung eine zentrale Rolle, da die benötigten hohen Energiedichten flüssiger Kraftstoffe mittelfristig nicht durch Batterien zu ersetzen sind. Begrenzender Faktor im Auslegungsprozess ist dabei die eingeschränkte Vorhersagbarkeit der Kraftstoffzerstäubung, deren Details mit bisherigen Methoden nicht zugänglich sind.
Das Ergebnis der vorliegenden Dissertation löst diese vorherrschende Fragestellung und ermöglicht erstmals eine detaillierte, aber dennoch wirtschaftliche Berechnung der Kraftstoffinjektion mittels des neuartigen Berechnungsansatzes der eingebetteten DNS. Die Methodik wird systematisch untersucht, validiert und schließlich für die Geometrie eines in Flugtriebwerken eingesetzten Airblast-Injektors umgesetzt. Erstmals gehen hieraus Einblicke in die Zerstäubung sowie Spraydaten technisch realer Bedingungen hervor.
Aktualisiert: 2021-08-18
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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.
Aktualisiert: 2023-04-17
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