Detaillierte Modellierung und Simulation thermodynamisch nicht-idealer, laminarer und turbulenter Sprayverbrennung mehrkomponentiger Flüssigkeiten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd Rogg
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 232079653

Die wesentlichen Ziele des beantragten Forschungsvorhaben sind:(i), die Entwicklung einer allgemeinen, auf den grundlegendsten physikalischen Prinzipien beruhenden stochastischen Formulierung der Grundgleichungen für reaktive Sprays, und zwar für mehrkomponentige, flüssige Brennstoffgemische, für reale (also nicht-ideale) thermodynamische Bedingungen, unter Berücksichtigung detaillierter Gasphasenchemie, sowie(ii) die Umsetzung der dabei gewonnenen Erkenntnisse in einem höchst effizienten, 3-dimensionalen Monte-Carlo Computer Code.Unabhängig davon ob die reaktive Spray-Zweiphasenströmung laminar ist oder turbulent: die allgemeinst mögliche, kontinuumsmechanische Formulierung für ein reaktives Spray, die letztendlich numerisch umsetzbar ist, beruht auf einer statistischen Formulierung. Eine solche Formulierungsoll erforscht und entwickelt werden, um als Grundlage für nachfolgende, in die Tiefe gehende Forschungaktivitäten zu dienen. Da im Hinblick auf strömungsmechanische Anwendungen in der Sprayverbrennung die Thermodynamik realer (nicht-idealer) Gemische von Flüssigkeiten und Gasen weitgehend unerforscht ist, genauso wie die molekularen Transportprozesse, soll bei der theoretischen Formulierung darauf besonderes Augenmerk gelegt werden.In der allgemeinen Formulierung und der sich anschließenden numerischen Umsetzung ist die Berücksichtigung detaillierter Gasphasenchemie ein "Muss", sofern damit letztendlich Schadstoffbildung (NOx, SOx, Ruß, etc) -- zumindest grössenordnungsmäßig -- realistisch beschrieben werden soll. Letzteres gehört nicht zum Umfang des hier formulierten Forschungsvorhabens, jedoch soll das Vorhaben den Grundstein für entsprechende, später nachfolgende, speziellere Forschungsaktivitäten legen.Zwar stehen für industrielle Anwendungen und Probleme, bei deren Lösung die vom (industriellen) Anwender einzusetzenden Zeit- und Computerressourcen möglichst gering gehalten werden sollen, kommerzielle Computercodes zur Verfügung, die auch die Berechnung von Sprays und Sprayflammen ermöglichen. Bedingt durch die Zielgruppe für diese Codes verwenden diese aber relativ einfache, in der industriellen Praxis durchaus bewährte und robuste physikalisch-chemische Modelle, die jedoch nicht geeignet sind, theoretische, strömungsmechanisch orientierte Spray-Verbrennungsforschung sinnvoll unterstützend zu begleiten -- von relativ einfachen Benchmarkrechnungen einmal abgesehen. Deshalb soll im beschriebenen Forschungsvorhaben für die numerische Realisierung des zu entwickelnden mathematischen Modells ein leistungsfähiger Monte-Carlo Forschungscode initialisiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen