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Institut für Thermodynamik

der Luft- und Raumfahrt



Überblick



Kondensstreifen

Zerstäubung Tropfen-Wand-

Stöße

Verdampfung/

Verbrennung

Tropfen-Tropfen-

Kollision

Brennkammer eines

Strahltriebwerkes



Numerik Experiment Validierung

Planung

Größe

Form

Geschwindigkeit

Temperatur

Dynamik

Form

Geschwindigkeitsfeld

Temperaturfeld

Druckfeld

Dynamik



Einzeltropfen (z.B. in beschleunigten Strömungen, Verdampfung)

Gasblasen

Tropfenkollision (Triebwerkstechnik, Verbrennungsmotoren,

Regentropfen, …)

Tropfensprays und Wandinteraktion

Unterkühlte Tropfen

Strahlzerfall

Tropfen in extremen Bedingungen



Numerik



Programm

Basiert auf Direkter Numerischer

Simulation (DNS)

bis zu 150 Millionen Gitterzellen pro

Rechnung

Benutzung der Supercomputer des

Hochleistungs-Rechenzentrums

(HLRS) der Universität Stuttgart

komplett parallelisiert

programmiert in Fortran 90

3-dimensionale Berechnung von Zweiphasenströmungen mit dem

am ITLR entwickelten CFD-Programm FS3D



Temperaturfeld bestimmt durch inneres Strömungsfeld

Großen Einfluss durch oszillierende Tropfenbewegungen



t=0.40 s t=0.80 s t=1.00 s t=1.05 s t=1.10 s t=1.15 s t=1.20 s

ZickZack förmige Aufstiegsbahn

3-dimensionaler, transienter Nachlauf



Experiment



Laser

Tropfen

Mess-

kammer

Blitzlampe

CCD-

Kamera

CCD-

Kamera

Laserstrahl

Optische Levitation

eines Tropfens

Tropfen wird über Laser levitiert

Fallbewegung wird “eingefroren”

lange Messzeit



Tropfenkette

Tropfengeneratoren

Blitzlicht Linse

Linse

Kamera

Wand

reflektierte

Tropfen

Experimentaufbau

exp.:

num.:

exp.:

num.:

Vergleich der Ergebnisse



Tropfenballen in Queranströmung

Bag-Brakeup

Anströmung u

Tropfengenerator



Weg-Zeit Diagramm

Testbedingungen

pmax = 60 bar

Tmax > 2000 K

tTest ~ 2-5ms



Versuchbedingungen

Kammertemperatur: 900K

Kammerdruck: 20 bar

Einspritzdruck: 200bar

Testfluid: n-Dodekan (Kerosinersatzstoff)

40 000 Bilder/s

min max

Intensität



Ziele

Experimentelle Untersuchung zur Tropfenverdampfung in sub-,

trans- und überkritischen Bedingungen

Besseres Verständnis des grundlegenden physikalischen

Phänomene bei überkritischer Einspritzung

Heiz-

Patronen

Fenster

Tropfen-

generator

0 ms

10 ms

15 ms

20 ms

Aufbau Teststand

Testbedingungen

Tmax Kammer : 530 K

Tmax Azeton : 473,15 K

pmax Kammer : 63 bar



S/D-Arbeiten



Hassan Gomaa ([email protected])

Tropfen in beschleunigten Strömungen (num./exp.)

Hendrik Weking ([email protected])

Modellierung & Sim. von Gasblasen in Flüssigkeitsströmungen in FS3D (num.)

Christian Huber ([email protected])

Verdampfung von mehrkomponentigen Tropfen in FS3D (num.)

Norbert Roth ([email protected])

Tropfen-Wand-Stöße, Tropfen-Tropfen-Stöße, Verdunstung von Tropfen (exp.)

Grazia Lamanna ([email protected])

Tropfenverdampfung, Flashzerstäubung (num./exp.), Stoßrohr

Hend Kamoun ([email protected])

Flashzerstäubung (exp./num.)

Martin Sievers ([email protected])

Splashing (num.)

Außerdem Studien- und Diplomarbeiten im Ausland (Europa, Übersee)



Philipp Rauschenberger ([email protected])

Partikel in Fluidströmungen, Mehrphasenströmungen (num.)

Kathrin Eisenschmidt ([email protected])

Tropfenverdampfung (num.)

Damien Bonin ([email protected])

Unterkühlte Tropfen (exp.)

Chengxiang Zhu ([email protected])

Strahlenzerfall (num.)

Ernst Oldenhof ([email protected])

Tropfen in extremen Bedingungen (exp.), Stoßrohr

Florian Weckenmann([email protected])

Tropfen in überkritschen Bedingungen (exp.)

Woradej Manosroi ([email protected])

Tropfenverdampfung (exp.)

Außerdem Studien- und Diplomarbeiten im Ausland (Europa, Übersee)

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