Modellierung turbulenter Sprayverbrennung mit variabler Brennstoff-Vorverdampfung

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Kronenburg
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Energieverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 158600480

Die Large-Eddy-Simulation (LES oder Grobstrukturanalyse) ist die derzeit wohlvielversprechendste Methode für die detailgetreue numerische Simulation instationärer,turbulenter Strömungen in realen Applikationen. Im Bereich der Forschung ist sie sehrerfolgreich auf nicht-reagierende Strömungen, Flammen und auch auf Zweiphasenströmungenangewandt worden. Und ungeachtet der nicht unbedeutenden Rechnerkapazitäten, die eineLES benötigt, findet sie auch zunehmend im industriellen Bereich Anwendung. Allerdings gibtes trotz der technischen Relevanz nur sehr wenige Arbeiten, die sich mit LES derSprayverbrennung befassen, und keine dieser Studien ist auch nur annähernd ausreichendvalidiert. Lediglich die Chemie-Turbulenz-Wechselwirkungen werden in der Regelberücksichtigt. Die verdampfenden Tröpfchen führen allerdings zu zusätzlichen interagierendenTeilprozessen zwischen Tropfenverdampfung und Turbulenz und Tropfenverdampfung undVerbrennung, die ignoriert werden. Aber gerade diese Wechselwirkungen können dieVerbrennung stark charakterisieren und können einen entscheidenden Einfluss aufFlammenstruktur (Gruppenverbrennung vs. Einzeltropfenverbrennung), Flammendynamik,Verbrennungseffizienz und Schadstoffaustoß haben. Die Verdampfung ist in der LES einFeinstrukturprozess, der stark mit lokalen Größen in der Gasphase wie z.B. demTemperaturgradienten an der Tropfenoberfläche korreliert, und sowohl die Verdampfung selbstals auch die genannten Korrelationen müssten modelliert werden. Trotz enormer Fortschritte inder Laserdiagnostik, die eine recht gute Charakterisierung des Sprays ermöglichen, gibt esaufgrund der kleinen Skalen und der Präsenz der Tröpfchen leider keinerlei Messwerte für dieseKorrelationen, die die Modellfindung unterstützen können. Anknüpfend an jüngste Fortschritte inder Gasphasenverbrennungs- und (inerten) Spray-LES werden im Rahmen diesesGrundlagenprojekts die LES-Modellierung der Sprayverbrennung und eine quantitativeAnalyse der wechselwirkenden Prozesse Turbulenz, Verdampfung und Verbrennungangestrebt. Die Entwicklung der LESFeinstrukturmodelle muss durch eine DirekteNumerische Simulation (DNS), die die Prozesse an der Tropfenoberfläche auflöst, und die einedirekte Analyse der Interaktionen erlaubt, unterstützt werden. Die Zielvorgabe des Projekts isteine erfolgreiche Verbrennungs-LES disperser Sprays, die anhand existierender, detaillierter,experimenteller Daten validiert wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen