Düsenexpansion und Wechselwirkung des Überschallfreistrahls mit einer Wand

Abstract

Kaltgasspritzen (engl. „Cold Spray“) ist ein neues Verfahren zum Beschichten von Oberflächen. Es wurde in den frühen achtziger Jahren in der ehemaligen Sowjet-Union entwickelt. Bei dem Verfahren werden Partikel mit Hilfe einer Beschleunigungsdüse auf große Geschwindigkeiten (~ 600 m/s) gebracht und auf eine Platte geschossen. Durch die hohe kinetische Energie, die die Partikel beim Aufprall besitzen, bleiben sie an der Platte haften. Daher ist die Aufprallgeschwindigkeit der Partikel die entscheidende Größe des Verfahrens. Das Strömungsfeld in der Düse und der Aufprall des Überschallfreistrahls auf die Platte werden mit dem DLR-Tau-Code modelliert. Dabei werden außer den Ruhegrößen in der Düsenkammer, Temperatur und Druck, vor allem der Abstand der Platte zum Düsenende variiert. Die Wechselwirkung der Strömung kann in komplexen Strömungsfeldern resultieren. Die aus den Rechnungen erworbenen Daten werden dazu verwendet, um die Beschleunigung eines Partikels in der Düse mit dem Euler-Lagrange Verfahren zu berechnen. Experimentelle Partikelgeschwindigkeitsdaten wurden mit einem Laser-Zwei-Fokus Meßsystem erfasst und für die Validierung der numerischen Ergebnisse verwendet. Hierbei kamen aufgrund ihrer unterschiedlichen Dichten, verschiedene Werkstoffe zum Einsatz.