Modellbildung und Simulation des primären Strahlzerfalls für flugtriebwerksrelevante Bedingungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Johannes Janicka
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 211040440

Das globale übergeordnete Ziel der zweiten Förderperiode ist die Entwicklung einer Methodik zur Vorhersage des primären Strahlzerfalls flüssiger Brennstoffe in realen Airblast-Zerstäubergeometrien unter Verwendung der embedded DNS. Die embedded DNS (eDNS) wurde in der ersten Förderperiode eingeführt und beschreibt eine Methodik, bei der der Primärzerfall annahmefrei mit einer Direkten Numerischen Simulation (DNS) berechnet und in eine Large-Eddy-Simulation (LES) des Zerstäubers eingebettet wird. Hierdurch wird die rechenzeitintensive DNS auf den wesentlichen Bereich begrenzt und der Einsatz einer DNS für reale technische Anwendungen ermöglicht. In der ersten Förderperiode wurde die Methodik erfolgreich zur Berechnung einer generischen Geometrie eingesetzt. Detaillierte Vergleiche mit experimentellen Daten haben eine gute Übereinstimmung des vorhergesagten Primärzerfalls gezeigt. Im beantragten Vorhaben wird der primäre Strahlzerfall an der Abrisskante eines realen Zerstäubers berechnet. Es werden Tropfenverteilungen unter flugtriebwerksrelevanten Bedingungen extrahiert und hierdurch eine Überführung in die Euler-Lagrange-Beschreibung zur anschließenden Simulation der Verbrennung, die nicht Gegenstand dieses Vorhabens ist, ermöglicht. Die Arbeitsziele sind die Erzeugung von Randbedingungen für das eingebettete Gebiet (LES des Zerstäubers), eine verbesserte Auflösung der Phasengrenze durch eine Kopplung von VOF- und Level-Set-Methode und die eDNS des Primärzerfalls. Die Arbeiten der ersten Förderperiode haben gezeigt, dass eine vollständige Auflösung der flüssigen Masse, bedingt durch den Anteil besonders kleiner Tropfen, nicht realistisch ist. Daraus leiten sich die zwei Arbeitsziele, die Rekonstruktion nicht aufgelöster Tropfen und die Qualitätsbewertung der Rekonstruktionsmethode, ab. Ein weiteres Arbeitsziel ist die Analyse der physikalischen Zerfallsmechanismen, die den Primärzerfall ursächlich herbeiführen. Die Arbeiten der zweiten Förderperiode ermöglichen erstmalig detaillierte Einblicke in den Primärzerfall einer realen Zerstäubergeometrie unter realistischen Betriebsbedingungen. Die gewonnen Erkenntnisse werden dazu beitragen, die Vorhersagefähigkeit von Brennkammern in Flugtriebwerken maßgeblich zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Amsini Sadiki