Lamellendickenparameter und Optimierung von Hohlkegeldüsen

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Bei den meisten Anwendungen von Zerstäuberdüsen in der Technik ist man an möglichst großen Strömungsquerschnitten interessiert, um Verstopfungsprobleme zu vermeiden. Gleichzeitig sollen bei vorgegebenem Druck kleinst mögliche Tropfen erzeugt werden. Die Hohlkegeldüse erfüllt diese Anforderungen von allen Einstoff-Druckdüsen am besten. Eine Optimierung der Geometrie von Hohlkegeldüsen in Bezug auf diese Gesichtspunkte steht noch aus und soll im Rahmen des beantragten Vorhabens durchgeführt werden. Hohlkegeldüsen erzeugen Flüssigkeitslamellen, deren Gestalt angenähert durch ein Rotationshyperboloid mit dünner Schale beschrieben werden kann. Die Strömung in der Düse wird durch die Geometrie von Einströmöffnungen in eine Drallkammer und durch die Geometrie der Drallkammer, des Drallkammerbodens, des Auslaufkonus sowie durch die Geometrie der Düsenmündung bestimmt. Für die Tropfenbildung nach der Düse sind die 'Lamellenparameter', d.h. die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Lamelle, die Dicke der Lamelle am Düsenaustritt und der Sprühwinkel bzw. Winkel des Asymtotenkegels von entscheidender Bedeutung. Beim Übertritt der Lamelle in die umgebende Gasatmosphäre gleichen sich Geschwindigkeitsunterschiede, die in der Grenzschicht der Düse auftreten, aus. Auch dadurch können sich der Mittelwert der Geschwindigkeit, aber vor allem auch die Ausbreitungsrichtung ändern. Es soll auf der Basis der Beschreibung der Lamellenparameter und bekannter Modelle zur Tropfenbildung geklärt werden, mit welcher Geometrie der Düse bei vorgegebenem Druck und vorgegebener engster durchströmter Öffnung für ebenso vorgegebene Stoffwerte die kleinsten Tropfen gebildet werden können. Der Lamellenzerfall kann durch das bekannte aerodynamische Zerwellen aber auch durch turbulente Schwankungsbewegungen erfolgen. Der Turbulenzgrad der Strömung in der Lamelle gehört daher ebenso zu den Lamellenparametern und soll in einer späteren Phase des Antrags untersucht werden.