Modellbildung, numerische Simulation und Optimierung der Echtzeitdynamik kavitierender Strömungen in Einspritzdüsen von Diesel- und Ottomotoren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Nikolaus Andreas Adams, seit 10/2009
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 103871702

Im Mittelpunkt steht die Echtzeitdynamik kavitierender Strömungen in Einspritzdüsen und im düsennahen Ausströmbereich unter Einschluß der kleinsten Zeitskalen und ohne Einschränkung des thermodynamischen Zustandsbereichs aller Fluidkomponenten. Mit Berücksichtigung aller Zeitskalen, auch in der kompressiblen flüssigen Phase, wird im typischen Gesamtintervall von ∆t≈10-3 s eines Einspritzzyklus zuerst die durch die hochfrequente Dynamik von Stoß- und Expansionswellen initialisierte akustische Kavitation und dann für t≥10-4 s der transiente Übergang in die durch den konvektiven Transport angetriebene hydrodynamsiche Kavitation dargestellt. Mit dynamischen Nadelhub, zeitabhängigem Gegendruck (Zylinderinnendruck) und mit der vollständiger Wellendynamik des neuen Simulationsverfahrens CATUM (Cavitation Technische Universität München) wird mit diesem Projekt eine so detaillierte Berechnung der Kavitation in Einspritzdüsen möglich, wie sie mit kommerziellen Programmen derzeit und auch absehbar nicht zu realisieren sein wird. Erste Analysen bestätigen das wellendynamische Potential zur Kraftstoffdosierung innerhalb des Einspritzzyklus durch strömungsmechanisch kontrollierte Einspritzimpulse bei fixierter Nadelposition. Durch gezielte Beeinflussung von Düsengeometrie und Zuströmung sollen Position und Intensität des Kollapsbereichs hinsichtlich minimaler erosiver Schädigung und maximaler Turbulenzanregung des Strahlzerfalls systematisch variiert und optimiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Günter H. Schnerr, bis 9/2009