Die Untersuchung von Tropfenschlagerosion. Numerische Berechnung einer Düse zur Beschleunigung von Einzeltropfen

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Studienarbeit aus dem Jahr 2019 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Maschinenbau, Note: 1.0, Universität Stuttgart (Institut für Thermische Strömungsmaschinen und Maschinenlaboratorium (ITSM)), Sprache: Deutsch, Abstract: Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Überprüfung des analytischen Modells anhand einer numerischen Berechnung. Dazu wird das Euler-Lagrange-Modell zur Modellierung der Gas- und dispersen Phase verwendet. Die Simulation wird mit der Software ANSYS CFX R3 durchgeführt und die Ergebnisse der analytischen Berechnung gehen als Randbedingungen in das Simulationsmodell mit ein.In weiteren Untersuchungen werden Einflussgrößen auf die Tropfenbeschleunigung detaillierter betrachtet. Dazu werden Turbulenzeinflüsse, unterschiedliche Tropfengrößen, sowie der Einfluss des Widerstandskoeffizienten analysiert.Ein großes Augenmerk soll auf dem Tropfenzerfall liegen, der durch ein entsprechendes Sekundärzerfallsmodell untersucht wird. Abschließend soll der Energieaustausch zwischen Gasströmung und Tropfen betrachtet werden, um Temperaturänderungen und potenzielle Verdampfungseffekte zu erforschen.Im Rahmen einer studentischen Arbeit wurde bereits ein analytisches Tool für die Auslegung einer Düsengeometrie zur Beschleunigung von Wassertropfen entwickelt. Dabei wurde versucht eine größtmögliche Beschleunigung unter Vermeidung eines Tropfenzerfalls zu gewährleisten.Als Kriterium für den Zerfall wird auf die We-Zahl zurückgegriffen, die das Verhältnis zur aerodynamischen Krafteinwirkung und Oberflächenspannung des Tropfens angibt. Eine anwachsende Beschleunigung führt demnach zu einer steigenden We-Zahl bis hin zu einem kritischen Wert, der nicht überschritten werden soll.