Quantifizierung des Einflusses von Mantelströmungen auf den Primärzerfall bei Druck-Drall-Zerstäubern

Kurzfassung

Der Inhalt dieser Arbeit beschäftigt sich mit der beidseitigen Kopplung zwischen hohen Mantelströmungen und Primärzerfall von flüssigen Sprays generiert von Druck-Drall-Zerstäubern. Die experimentelle Untersuchung wird ein Injektor in einem Strömungskanal mit optischen Zugängen betrieben. Die Umgebungsbedingung werden für ein Vergleichbarkeit der eingesetzten unterschiedlichen Injektoren konsistent gehalten. Die Injektoren werden mit einem konstanten Druckabfall an drei Injektordüsen und einem gleichbleibenden Massendurchsatz betrieben. Aus Sicherheitsgründen werden die Versuche mit deionisiertem Wasser durchgeführt. Die Geschwindigkeit der Außenströmung wird dabei auf die Werte, 20 m/s, 35 m/s, 50 m/s und 80 m/s eingestellt. Mit einer modifizierten PIV Verfahren unter dem Einsatz von Phosphor-Partikeln als Tracer, wird das Strömungsfeld in der Nähe des Flüssig-Gas-Interface und stromab des Sprays untersucht. Der Sinuswellencharakter, sowie die Wachstumsrate der anfänglichen Störungen auf dem Sheet werden mit einer Schattenaufnahme abgebildet und ausgewertet. Das signifikante Verhalten wird anhand von Parametern quantifiziert um einen Vergleich der unterschiedlichen Injektoren zu gewährleisten. Die Ergebnisse zeigen, bei höheren Geschwindigkeiten der Außenströmung, einen größeren Spraywinkel, kurzer Sheetlängen und einen Wachstum in der Amplitude der Störung. Basierend auf dem Ansatz der Massenerhaltung entstehen für höhere Co-Flow-Geschwindigkeiten größere Tropfendurchmesser. Ebenfalls zeigen sich deutliche Umlenkungen der Strömungen am Flüssig-Gas-Interface, welche zu turbulenten Strukturen in der freien Strömung führen. Die Ergebnisse dieser Arbeit unterstützen die Entwicklung neuer Injektorkonzepte im Anwendungsbereich von FLOX®-Brennerkonzepten und bieten Validierungsdaten für numerische Simulationsmodelle des Primärzerfalls