Schlüsselwort: Mehrphasenströmung

Numerische Untersuchungen des Primärzerfalls an Kraftstoffdüsen für Flugtriebwerke

Numerische Untersuchungen des Primärzerfalls an Kraftstoffdüsen für Flugtriebwerke von Dauch, Thilo
Um den schädlichen Einfluss des Luftverkehrs auf die Umwelt zu reduzieren, wird in die Reduktion von Schadstoffemissionen durch Luftfahrtantriebe investiert. Wie vorangehende Arbeiten aufgezeigt haben, besteht ein Zusammenhang zwischen den Eigenschaften des Kraftstoffsprays, das in die Brennkammer des Triebwerks eingebracht wird, und der Entstehung von Schadstoffen bei der Verbrennung. Die Geometrie der Brennstoffdüse beeinflusst die Eigenschaften des Kraftstoffsprays und damit die Entstehung von Schadstoffen. Methoden zur Berechnung der Primärzerfallscharakteristik von Kraftstoff im Nahfeld einer Brennstoffdüse unter triebwerksrealistischen Bedingungen unterliegen jedoch erheblichen Einschränkungen. An diesem Punkt knüpft die vorliegende Arbeit an. Das Ziel der Arbeit besteht in der Entwicklung und Anwendung einer Methodik, mit deren Hilfe der Primärzerfall an einem Airblast-Zerstäuber bei triebwerksrealistischen Bedingungen berechnet werden kann. Dazu wird auf die partikelbasierte "Smoothed Particle Hydrodynamics" (SPH) -Methode zurückgegriffen. Es wird ein Rechengebiet vorgeschlagen, das die Auflösung des Primärzerfalls an einer Kraftstoffdüse bei gleichzeitiger Minimierung des numerischen Aufwands ermöglicht. An einem konkreten Beispiel wird die Eignungder Methodik dargelegt. Anhand von Feldern des Finiten-Lyapunov-Exponenten (FTLE) wird die Interaktion zwischen Kraftstoff und Luft an der Phasengrenze analysiert und die Sensitivität der Primärzerfallscharakteristik bei Variation der Düsengeometrie untersucht.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Wärmeauskopplung aus heißen Partikelschüttungen zur Dampferzeugung

Wärmeauskopplung aus heißen Partikelschüttungen zur Dampferzeugung von Baumann, Torsten
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Wanderbettwärmeübertragers für den Einsatz in solarthermischen Kraftwerken, in denen Partikelschüttungen als Wärmeträger- und -speichermaterial eingesetzt werden. Im Rahmen der Arbeit wurde zunächst eine Charakterisierung geeigneter Materialien vorgenommen. Anschließend wurden mithilfe eines CFD-Mehrphasenmodells Geometrie- und Parameterstudien durchgeführt. Unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften wurde daraufhin ein angepasstes Wärmeübertragerdesign für die Zielanwendung entwickelt. Ein auf diesem Entwurf basierender Wärmeübertrager wurde mithilfe von CFD-Berechnungen hinsichtlich des granularen Strömungsverhaltens und der thermischen Leistungsfähigkeit untersucht. Durch Experimente im Labormaßstab wurden die Simulationsergebnisse validiert und gleichzeitig die Funktionalität des Wärmeübertragers nachgewiesen. Das angepasste Design des Wanderbettwärmeübertragers zeigt im Vergleich mit einer herkömmlichen Rohrbündelkonfiguration eine deutliche Verbesserung der thermischen Leistungsfähigkeit. Daraus ergibt sich ein hohes Potential für den Einsatz im solaren Kraftwerksbereich.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Numerische Simulation von Stofftransportphänomenen an bewegten fluiden Phasengrenzen mit Hilfe von CFD-basierten Methoden

Numerische Simulation von Stofftransportphänomenen an bewegten fluiden Phasengrenzen mit Hilfe von CFD-basierten Methoden von Schulz, Andreas
In dieser Arbeit werden Stofftransportvorgänge an bewegten fluiden Partikeln mit Hilfe numerischer Methoden untersucht. Dazu wird das open-source CFD (Computational Fluid Dynamics) Paket OpenFoam verwendet. Die bewegliche Phasengrenze wird dabei mit einer Level-Set-Methode beschrieben. Es wurden zwei Methoden zur Erfassung der Stofftransportvorgänge entwickelt. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation werden diese ausführlich beschrieben und validiert. Die erste Methode verwendet große Manipulationsparameter, um die Randbedingungen an der Phasengrenze zu erzwingen. Bei der zweiten Methode wird die Phasengrenze mittels eines PLIC (piecewise linear interface construction) Algorithmus rekonstruiert und die Randbedingungen direkt an der rekonstruierten Grenzfläche formuliert. Die zweite Methode wird darüber hinaus für die Simulation von Mehrkomponentenstofftransport inklusive der dabei auftretenden Diffusionskreuzeffekte erweitert. Die beiden Methoden können den Stofftransport in flüssig-flüssig Systemen mit moderater Bewegung der Phasengrenze zuverlässig beschreiben. Im Falle von gas-flüssig Systemen oder großer Bewegung der Grenzfläche kann Stofftransport jedoch nur mit der PLIC-basierten Methode hinreichend genau erfasst werden. In umfangreichen Studien wird herausgearbeitet, dass die akkurate Auswertung der dünnen Konzentrationsgrenzschicht und die Vermeidung von numerisch bedingtem, unphysikalischen Stoffübergang die wichtigsten Kriterien für die Genauigkeit der Methoden sind. Abschließend wird der Einfluss von Diffusionskreuzeffekten in quaternären Stoffsystemen sowie von Marangoni-Effekten auf den Stoffübergang mit Hilfe der PLIC-basierten Methode aufgezeigt.
Aktualisiert: 2023-01-19
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