Untersuchung der Kavitation in einem Tauchstrahl mit Bezug auf Anwendung in Turbopumpen von Raketentriebwerken mittels skalenauflösender Simulation

Abstract

Alle relevanten Grundlagen zu den Themen Kavitation und Turbulenzmodellierung werden erläutert. Auf den Volume-of-Fluid Ansatz sowie das Schnerr-Sauer Kavitationsmodell wird eingegangen, um Strömungen mit mehreren Phasen und Phasenübergang durch Kavitation zu simulieren. Abschließend werden die nötigen Grundlagen der Numerik erläutert. Zunächst wird die Simulation für einen Referenzfall aus der Literatur aufgebaut. Daran werden neben dem numerischen Setup die Modellparameter anhand von Messdaten kalibriert. Beginnend mit der Vernetzung und Festlegung der Randbedingungen werden die Simulationseinstellungen erläutert. Ausgehend von einer stationären RANS Rechnung wird die Modellierung zunächst auf eine Detached Eddy Simulation erweitert. Im finalen Schritt wird darüber hinaus eine zweite Phase sowie der Phasenübergang durch Kavitation betrachtet. Die so gewonnen Ergebnisse werden zunächst auf die korrekte Anwendung der Modelle geprüft und der statistische Fehler abgeschätzt. Anschließend werden die Ergebnisse ausgewertet. Die Modellparameter werden kalibriert, bis eine gute Übereinstimmung der Geschwindigkeitsverteilung erreicht wird. Das so gewonnene Setup wird auf den Pumpeneinlass mit tangentialer Einblasung übertragen und gegebenenfalls nötige Anpassungen vorgenommen. Auch für diesen Fall wird zunächst die korrekte Applikation der Modelle überprüft und der statistische Fehler abgeschätzt. In der anschließenden Auswertung wird der Einfluss der Einblasung auf das Strömungsfeld sowie das Auftreten von Kavitation beim Strahlzerfall untersucht.