Investigation on the Influence of the Velocity Distribution and the Turbulent Fluctuations at the Nozzle Exit on the Liquid Jet Breakup with Direct Numerical Simulation of Multiphase Flows

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Bei der Erzeugung von Feststoffpartikeln aus Lösungen, Emulsionen oder Suspensionen spielen die Eigenschaften des zugrunde liegenden Sprays eine entscheidende Rolle. Diese charakteristischen Merkmale des Sprays sind wiederum maßgeblich von der Strömung im Düsenaustritt und den Eigenschaften des verwendeten Fluids bestimmt. Mit Hilfe der im vorliegenden Antrag geplanten Untersuchungen wird das Bindeglied vom Düsenaustritt bis zum ersten Zerfall in einzelne Tropfen mittels Direkter Numerischer Simulation betrachtet. Zum Einsatz kommt hierfür das institutseigne Programmpaket Free Surface 3D (FS3D), das die Erhaltungsgleichungen für Mehrphasenströmungen mithilfe der Volume of Fluid Methode löst. Entscheidende Vorteile der DNS sind die Möglichkeit, Stoffdaten und Strömungsgrößen unabhängig voneinander verändern zu können, wodurch beispielsweise der Einfluss unterschiedlicher Konzentrationen in Lösungen sowie in Suspensionen oder auch von Emulsionen und Polymeren und den damit verbundenen Fließgesetzen untersucht werden kann. Weiter kann mit Hilfe einer Effizienzbetrachtung unterschiedlicher Geschwindigkeitsprofile die Auswahl geeigneter Düsen unterstützt werden. Durch das Lösen der Energie- und Speziesgleichungen mit Phasenübergang können zudem Aussagen zum Stoff- und Wärmeübergang (Verdunstungsverhalten) und somit zur Spraytrocknung gemacht werden.