Kopplung einer Direkt Quadratisch-basierten Sektion-Momenten-Methode (DQbSMOM) mit Large Eddy Simulation (LES) zur Beschreibung von polydispersen reagierenden Spraysystemen

• Antragsteller: Professor Dr. Amsini Sadiki
• Fachliche Zuordnung: Energieverfahrenstechnik ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 427460734

Das Ziel des Vorhabens besteht in der Entwicklung, Validierung und Bewertung einer fort-geschrittenen Euler-Euler-Methode, bei welcher das Strömungs- und Mischungsfeld in der Gasphase durch LES beschrieben wird, wohingegen die verdampfenden Tropfen mit Hilfe der Direkt Quadratisch-basierten Sektion-Momenten-Methode (DQbSMOM) mittels Euler-Verfahren verfolgt werden. Vor Kurzem wurde der DQbSMOM Ansatz vom Antragsteller im Rahmen von RANS eingeführt. In diesem Zusammenhang wurde die Anwendbarkeit des Ansatzes zur Beschreibung der dispersen Phasen in komplex reagierenden Spraysystemen erfolgreich nachgewiesen. Der erste Schwerpunkt dieses Antrags umfasst eine konsistente Formulierung der DQbSMOM im Kontext von LES. Der Zweite Schwerpunkt besteht darin, die daraus resultierende DQbSMOM-LES Modellierung um ein Modell zur Berücksichtigung des flüssigen Brennstoffzerfalls zu erweitern. Hierbei wird das sogenannte ELSA (Eulerian-Lagrangian Sheet Atomization) Strahlzerfalls-modell neben den bereits integrierten Koaleszenz- bzw. Tropfen-Tropfen-Interaktionsmodell adaptiert bzw. angepasst. Das Modell ist sowohl im Euler-Verfahren als auch im Lagrange-Kontext gut einsetzbar. Dies ermöglicht zum ersten Mal eine ganzheitliche Betrachtung der wesentlichen Sprayphänomene ausgehend vom Zerfall des Brennstoffstrahls via Tropfen-Tropfen-Interaktion, turbulenter Dispersion bis hin zur Sprayverdampfung und -verbrennung. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der erstmaligen Kopplung der resultierten Modellierung mit einer tabellierten chemischen Beschreibung der Verbrennung. Das zu verwendende Verbrennungsmodell wurde im RANS-Kontext als „Spray-Flamelet“-Methodik in der Literatur eingeführt und validiert. Es wird in diesem Antrag in Anlehnung an die „Flamelet Generated Manifold“ (FGM) Methode adaptiert, und als „Spray-FGM“ bezeichnet. Dieser Spray-FGM Ansatz bezieht nicht nur die Interaktion verdampfende Tropfen/Chemie und die nicht Adiabatizität, sondern auch die Lewis-Zahl Effekte mit ein. Damit werden Verdampfungs-prozesse sowie die partielle Verdampfung innerhalb der laminaren Flammenstruktur bei der Chemie-Tabellierung berücksichtigt. Das resultierende Gesamtmodell soll exemplarisch für die Sprayverbrennung unter verschiedenen geometrischen Bedingungen validiert bzw. bewertet werden. Hierzu werden zwei Konfigurationen mit ansteigender Komplexität betrachtet: (1) ein offenes reagierendes Jet-Spray aus Ethanol (Masri-Konfiguration) und (2) eine komplexe verdrallte Spraykonfiguration aus n-Heptan (CORIA Konfiguration) mit einem aufgeprägten dichten Spraybereich. Beide stellen zwei der Target-Konfigurationen des Internationalen Workshops „Turbulent Spray Combustion (TCS)“ dar.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen