Kavitation in Einspritzdüsen von Dieselmotoren interagiert mit der turbulenten Strömung und wirkt sich so auf die Strahlzerstäubung in der Brennkammer aus. Um diese Wechselwirkung zwischen Kavitation und Strahlverhalten numerisch zu untersuchen ist ein Modell erforderlich, welches sowohl die Kavitation in der Flüssigkeit als auch freies Gas berücksichtigt. Im Rahmen der Arbeit wird ein thermodynamisches Modell für einen homogenen Mischungsansatz zur Simulation kavitierender Strömungen um die zusätzliche Komponente nicht kondensierbares Gas erweitert. Das homogene Wasser-Dampf-Gas-Gemisch wird dazu mit einer gekoppelten Mischungszustandsgleichung beschrieben. Aufgrund des großen Dichteunterschiedes zwischen Flüssigkeit und Dampf stellt die Rekonstruktion der Dichte in der numerischen Simulation kavitierender Strömungen einen entscheidenden Faktor für die Stabilität dar. Neben dem Massentransport ist auch der Transport des als Skalars berücksichtigten Massenanteiles Gas für die Stabilität und Genauigkeit des entwickelten Modells entscheidend. Verschiedene Schemata werden für den Massen– und Skalartransport auf Einhaltung der skalaren Grenzen und Stabilität in der Simulation kavitierender Strömung getestet. Zur Validierung des Modells werden Simulationen zu vier Kavitationsregimen in dem von Sou et al. (Effects of cavitation in a nozzle on liquid jet atomization, International Journal of Heat and Mass Transfer, 2007) vorgestellten Testfall durchgeführt und mit den experimentellen Daten verglichen. Das Ausströmen von Wasser aus einem rechteckigen Düsengroßmodell in Luft wird mit einer dreidimensionalen, kompressiblen Large-Edddy-Simulation (LES) numerisch nachgestellt. Das homogene Mischungsmodell für kavitierende Flüssigkeit und freies Gas ist in der Lage das Strahlverhalten in guter Übereinstimmung mit dem Experiment darzustellen. Das Kavitationsverhalten in der Düse wird mit der kompressiblen, impliziten LES und dem thermodynamischen Gleichgewichtsmodell gut wiedergegeben.      «

Kavitation in Einspritzdüsen von Dieselmotoren interagiert mit der turbulenten Strömung und wirkt sich so auf die Strahlzerstäubung in der Brennkammer aus. Um diese Wechselwirkung zwischen Kavitation und Strahlverhalten numerisch zu untersuchen ist ein Modell erforderlich, welches sowohl die Kavitation in der Flüssigkeit als auch freies Gas berücksichtigt. Im Rahmen der Arbeit wird ein thermodynamisches Modell für einen homogenen Mischungsansatz zur Simulation kavitierender Strömungen um die z...     »

Cavitation in fuel injector nozzles for diesel engines interacts with turbulence and affects the characteristics of the liquid jet in the combustion chamber. Numerical investigations of the effects of cavitation on the liquid jet require a model that takes into account both cavitation and free gas phenomena. In this work a homogenous equilibrium cavitation model is extended adding a non- condensable gas component. The homogeneous water-vapor-gas mixture is described by a coupled mixture Equation of State (EOS). Numerical simulations of cavitating flows with gas require a robust scheme for the mass transport to handle the large density gradients. Another important parameter for the stability and accuracy of the model besides mass transport is the transport of the gas mass fraction, which is modeled as a scalar. In this work various schemes for mass and scalar transport are tested with a focus on preserving scalar boundedness and stability limitations in cavitating flow simulations. To validate the model four different cavitation regimes presented by Sou et al. (Effects of cavitation in a nozzle on liquid jet atomization, International Journal of Heat and Mass Transfer, 2007) of water discharged from a rectangular large-scale nozzle into ambient air, are numerically investigated using a three-dimensional compressible Large-Eddy-Simulation (LES). The homogenous mixture model reproduces the liquid jet in good agreement with the experiment. Cavitation is also well predicted by the compressible, implicit LES with the chosen cavitation model. Keywords: Cavitation, Large-Eddy-Simulation, jet characteristics, liquid-gas-interphase, nozzle flow.      «

Cavitation in fuel injector nozzles for diesel engines interacts with turbulence and affects the characteristics of the liquid jet in the combustion chamber. Numerical investigations of the effects of cavitation on the liquid jet require a model that takes into account both cavitation and free gas phenomena. In this work a homogenous equilibrium cavitation model is extended adding a non- condensable gas component. The homogeneous water-vapor-gas mixture is described by a coupled mixture Equati...     »