Strömung in Einspritzsystemen

Abteilung Fluidsysteme

Zuverlässige Simulationen von Transport- und Zerstäubungsvorgängen in Mehrphasenströmungen werden in vielen technischen Anwendungsgebieten nachgefragt. Ein Beispiel hierfür ist das Problem der Einspritzung in Motoren, das seit vielen Jahren im Zentrum neuer technologischer Entwicklungen steht. Zu den technischen und wirtschaftlichen Anforderungen gehören geringer Schadstoffausstoß und sparsamer Verbrauch bei optimaler Sicherheit und Leistung. In den vergangenen Jahrzehnten wurden in diesem Bereich bereits große Fortschritte durch Einführung von Common-Rail-Systemen und Pump-Düsen erzielt. Beide Verfahren nutzen die Vorteile des hohen Einspritzdruckes. Parallel zu der weiteren Entwicklung effizienter und konventioneller Einspritzverfahren werden neue Einspritzungsstrategien entwickelt. Ein Schritt auf diesem Weg ist die Verwendung der koaxialen und Lavaldüsen. Der Prozess der Zerstäubung entsteht hier durch den Zerteilmechanismus zwischen dem Hochgeschwindigkeitsgasstrahl und dem Kraftstoffsvolumen.

Lavaldüse

Abb. 1: Schematische Darstellung einer Lavaldüse

 
Zur Beantwortung von industrierelevanten Fragestellungen auf dem Gebiet der Mehrphasenströmung werden in der Abteilung kommerzielle Verfahren der Computational Fluid Dynamics (CFD) eingesetzt und durch Eigenentwicklungen ergänzt.  Für das Problem der Kraftstoffeinspritzung wurde hierfür beispielsweise ein Kavitationsmodell entwickelt, mit deren Hilfe die transienten Kavitationserscheinungen innerhalb der Düse untersucht werden kann. Damit kann auch die Wechselwirkung der  kavitierenden Düseninnenströmungen mit dem zerstäubenden Strahl numerisch modelliert werden. Die Berechnungen werden für die unterschiedlichen Düsenkonfigurationen und für die variablen Druckverhältnisse durchgeführt.
 
Lavaldüse - Kavitation

      Abb. 2: Ausdehnung der Kavitation in der Düse und entsprechende Strahlzerstäubung

  


Kontakt
Dr.-Ing.habil. Mykhailo Konstantynov
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
, Fluidsysteme
Tel: +49 551 709-2876

Fax: +49 551 709-2241

E-Mail: Mikhail.Konstantinov@dlr.de
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