Fachgebiet Strömungslehre und Aerodynamik

DFG-Schwerpunktprogramm

DFG-Schwerpunktprogramm "Fluidzerstäubung und Sprühvorgänge"

Zusammenfassung

Das globale Ziel des Schwerpunktprogrammes ist es, ein Gesamtmodell mit Methoden und Verfahren zur Verfügung zu stellen, die eine Vorhersage aller wichtigen technischen Größen bei Zerstäubungs- und Sprühvorgängen erlauben. In der ersten Antragsperiode soll sich der Schwerpunkt der Arbeiten auf die Untersuchung des primären Strahlzerfalls konzentrieren. Wesentliche wissenschaftliche Ziele sind:

• Experimentelle Erfassung oder numerische Simulation wichtiger Strömungsmechanischer Größen in der Düse. Darunter wäre u.a. das Geschwindigkeitsfeld im zeitlichen Mittel aber auch eine Charakterisierung des zeitabhängigen Feldes, vor allem als Störungspotential für Instabilitäten, zu verstehen.
• Experimentelle Charaktierisierung des Strahlzerfalls, mit der Vorgabe einen Beitrag zur Modellbildung der Abschnürung von Fluidligamenten und letztendlich des gesamten Strahlzerfallvorgangs zu leisten. Meßtechnische Entwicklungen sind zum Erreichen dieses Zieles zu erwarten.
• Erweiterung bestehender Stabilitätsanalysen für den Fall halb-unendlicher physikalischer Systeme. Außer den klassischen zeitlichen Instabilitäten soll auch das räumliche Verhalten von Störungen betrachtet werden. Nicht-lineare Modelle sind ebenfalls angebracht.
• Entwicklung von Berechnungsverfahren, die eine Simulation der Phasengrenzflächenprozesse erfassen. Diese können auch den thermodynamischen Zustand des Systemes, d.h. die Phasenwechselwirkung, mitberücksichtigen. Direkte numerische Simulationen kommen vor allem in Betracht, wobei Entwicklungen im Bereich der Grenzflächenbestimmung (Interface Tracking) zu erwarten sind.
• Optimieren von Düsen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen in eine Optimierung der Geometrie von Düsen einfließen, um beispielsweise bei vorgegebenem Druck kleinstmögliche Tropfen zu erzeugen.

Das Schwerpunktprogramm wird, gemäß der wissenschaftlichen Zielsetzung, durch einige fachliche Vorgaben abgegrenzt. Diese sind wie folgt:

• Es handelt sich ausschließlich um die Zerstäubung von Fluiden bzw. Suspensionen mit newtonischen Fließeigenschaften.
• Unter Zerstäubung soll vorrangig der turbulente Strahlzerfall verstanden werden. Der Film- und Lamellenzerfall ist ebenfalls inbegriffen, das Zertropfen und Zerwellen jedoch nicht.
• Kavitationserscheinungen bzw. die Auswirkung von Kavitation auf die Zerstäubung sollen berücksichtigt werden, die Keimbildungsmechanismen jedoch nicht.
• Die Verdampfung soll zumindest als Fernziel betrachtet werden, die Verbrennung von Tropfen und Sprays nicht.