Large-Eddy Simulation kavitierender turbulenter Strömungen in Kraftstoff-Einspritzdüsen

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Eine quantitative Vorhersage der Echtzeitdynamik kavitierender Strömungen in Kraftstoff-Injektoren erfordert eine vollständige Beschreibung von Wellendynamik, Phasenübergang und Turbulenz. Für solche Anwendungen haben energietragende turbulente Fluktuationen Zeitskalen von ca. 10-8s bis 10-9s, die damit in der gleichen Größenordnung wie für die reibungsfreien Wellendynamik liegen. Geometrische und parametrische Bedingungen führen zu Phänomenen, wie Transition, Turbulenz und Ablösungen, die Kavitation und damit Lage und Intensität von Kavitationserosion beeinflussen. Während die Berücksichtigung der Wellendynamik bereits Eingang in den industriellen Entwicklungsprozess gefunden hat, sind für die Berücksichtigung von Turbulenz zum einen die Weiterentwicklung eines vorhandenen Werkzeuges und zum anderen weiterführende Grundlagenuntersuchungen erforderlich. Von beiden Schritten werden anwendungsrelevanten Aussagen für Benchmark-Experimente erwartet, sodass Werkzeugentwicklung und physikalische Modellierung in Abstimmung mit Bosch erfolgen. Das Forschungsvorhaben besteht aus 3 Teilen: (I) Erweiterung des thermodynamischen Modells in Verbindung mit dem vorhandenen impliziten Feinstrukturmodell ALDM für Zweiphasen-Gemische von Kraftstoff und Erweiterung um eine weitere Gasphase zur Berücksichtigung von Luft-Ausgasung; (II) Simulation kavitierender turbulenter Scherströmung zur Überprüfung der thermodynamischen Modellierung und der Feinstrukturmodeliierung in (I); (III) Qualifizierung des Simulationswerkzeuges zum punktuellen Einsatz für praxisrelevante Konfigurationen.