Numerische Untersuchungen des Primärzerfalls an Kraftstoffdüsen für Flugtriebwerke

Forschungsberichte aus dem Institut für Thermische Strömungsmaschinen, Bd. 85/2021

Thilo Dauch

ISBN 978-3-8325-5391-3
154 Seiten, Erscheinungsjahr: 2021
Preis: 58.00 €
Numerische Untersuchungen des Primärzerfalls an Kraftstoffdüsen für Flugtriebwerke

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.