Kegelspray-Simulation

Bei direkt einspritzenden Benzinmotoren mit strahlgeführtem Brennverfahren ist die Kenntnis der Sprayeigenschaften von großer Bedeutung hinsichtlich der Optimierung von Kraftstoffverbrauch, Leistung und Emissionen. Experimentelle Verfahren zur Ermittlung der Spray-Eigenschaften im Motor sind meist mit hohem Aufwand und Kosten verbunden sowie oft nicht an einem Serienmotor durchführbar. An dieser Stelle können mittels Simulation ergänzende Informationen hinsichtlich der Sprayeigenschaften zur Verfügung gestellt werden.

Bisherige Untersuchungen von Kegelsprays beruhen auf experimentellen Ergebnissen zur Messung der Eindringtiefe des Sprays in einer Druckkammer bei verschiedenen Gegendrücken. Diese Untersuchungen zeigen z.B., wie bei steigendem Gegendruck die Wechselwirkung mit der Gasphase zunimmt.

Dieser Aspekt soll im Rahmen des Projektes näher untersucht werden, indem mittels CFD die Wechselwirkung der dispersen Phase eines Kegelsprays mit dem Gas simuliert wird. Dafür sind dreidimensionale Simulationen eines Spraykegelsegmentes vorgesehen. Anhand dieses Kegelspraysegmentes soll die Wechselwirkung der Tröpfchen mit der Luft näher hinsichtlich zwei- und dreidimensionaler Effekte untersucht werden. Dies soll zunächst mit einer Tröpfchenverteilung mit einer Lagrange-Methode und in einem zweiten Schritt mit einer Euler-Euler-Methode durchgeführt werden. In einer Euler-Euler-Formulierung ist eine gesonderte Modellierung erforderlich. Hier ist eine Modellierung mittels der Momente einer angenommenen Tröpfchenverteilung vorgesehen.