Grundlagenuntersuchungen zum Kavitationseinfluß auf den primären Strahlaufbruch bei der Hochdruckzerstäubung

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Bei der Hochdruckzerstäubung stellt die Düseninnen- und vor allem die Spritzlochströmung eine bedeutende Einflußgröße dar, denn sie gibt die Startbedingungen des im Zerfall begriffenen Strahls unmittelbar am Düsenmund vor. Neueste Untersuchungen an optisch zugänglichen Düsen in Realgeometrie zeigen, dass bei der Hochdruckeinspritzung aufgrund der Kavitation der Strömung der Zerfall des Einspritzstrahls bereits in der Düse beginnt. Die Existenz von Kavitationsstrukturen im Spritzloch hat erhebliche Auswirkungen auf die Strömung am Düsenmund und auf die Strahlausbreitung, sie trägt maßgeblich zum direkt am Düsenmund beginnenden Strahlzerfall bei. Obwohl die Simulation der Strahlausbreitung mit Hilfe der numerischen Strömungsmechanik (CFD) in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen hat, ist der Übergang von der Flüssigkeit in der Einspritzdüse zum dichten Tropfenkollektiv im Spray unmittelbar am Düsenmund (sog. Primärzerfall) jedoch bisher nicht zufriedenstellend modelliert worden. Bisher wird die Größe der Flüssigkeitstropfen im Bereich des Düsenmundes vorgegeben und im Verlauf der Simulation so lange verändert (angepaßt), bis eine zufriedenstellende Übereinstimmung mit den weiter vom Düsenmund entfernt und experimentell gut erfassbaren Spraybereichen vorliegt. In dem geplanten Forschungsvorhaben soll deshalb ein physikalisch begründetes Mehrzonen-Primäraufbruchsmodell entwickelt werden, das den Einfluß der kavitierenden Spritzlochströmung auf die Spraybildung berücksichtigt. Dabei sollen insbesondere der Aufbruch der dampfförmigen und der flüssigen Zonen bei Austritt der Strömung aus dem Düsenmund getrennt erfasst sowie die zerfallsfördernde Wirkung der Blasenimplosionen modelliert werden. Abschließend soll das Modell in einen bestehenden CFD-Code implementlert und seine Allgemeingültigkeit durch Vergleich mit Messungen aus der Literatur nachgewiesen werden.