N. Bürkle, S. Holz, E. Bärow, R. Koch, H.-J. Bauer

Die Entstehung von Schadstoffen in Flugtriebwerken wird maßgeblich von den Charakteristiken des Kraftstoffsprays in der Brennkammer beeinflusst. Um Zeit und Kosten in der Brennkammerentwicklung einzusparen, ist die frühzeitige Kenntnis über das Emissionsverhalten der Brennkammer unabdinglich. Hierzu muss das Zerstäubungsverhalten der Kraftstoffdüse verstanden sein, da der Kraftstoffzerfall die Charakteristik des Sprays und somit das Brennverhalten entscheidend beeinflusst. Bei der Euler-Lagrange Methode handelt es sich um ein etabliertes Verfahren zur Vorhersage der Sprayausbreitung und -dispersion. Da hierbei die initiale Kraftstoffzerstäubung nicht direkt berechnet wird, werden adäquate Anfangsbedingungen zur Simulation der flüssigen Phase benötigt, um die Spraydispersion und damit Schadstoffemissionen zuverlässig vorhersagen zu können. Im Rahmen dieser Studie werden die Sensitivitäten der Spraydispersion auf unterschiedliche Tropfenstartbedingungen numerisch untersucht. Die Simulationen der dreidimensionalen Zerstäubergeometrie werden mittels der Euler-Lagrange Methode durchgeführt. Eine Erweiterung des Primärzerfallsmodell PAMELA [1?3] wird zur Generierung von Tropfenstartbedingungen verwendet. Numerische Spraycharakteristiken werden mit experimentellen Daten [4] verglichen. Ein starker Einfluss der initialen Tropfengeschwindigkeiten, der Rezirkulationszone, des präzedierenden Wirbelkerns und der Turbulenzmodellierung wird identifiziert. Tropfenstartbedingungen, welche eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Daten liefern, werden ermittelt. Diese Studie demonstriert, dass der dargestellte Ansatz geeignet ist, um die Spraydispersion in Brennkammern abzubilden.

The formation of pollutants in aircraft engines is significantly influenced by the characteristics of the fuel spray in the combustion chamber. To save time and costs in combustion chamber development, early knowledge of the combustion chamber's emission behavior is essential. This requires understanding the atomization behavior of the fuel nozzle, as fuel decomposition decisively influences the spray characteristics and thus the combustion behavior. The Euler-Lagrange method is an established procedure for predicting spray propagation and dispersion. Since the initial fuel atomization is not directly calculated, adequate initial conditions for simulating the liquid phase are required to reliably predict the spray dispersion and thus pollutant emissions. In this study, the sensitivities of the spray dispersion to different droplet initiation conditions are numerically investigated. Simulations of the three-dimensional atomizer geometry are performed using the Euler-Lagrange method. An extension of the primary decomposition model PAMELA [1–3] is used to generate droplet initiation conditions. Numerical spray characteristics are compared with experimental data [4]. A strong influence of the initial droplet velocities, the recirculation zone, the preceding vortex core, and the turbulence modeling is identified. Droplet initiation conditions that show good agreement with the experimental data are determined. This study demonstrates that the presented approach is suitable for modeling the spray dispersion in combustion chambers.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2021

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2021

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 16 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2021091715335070709197

10.25967/550309

Tropfenstartbedingungen, Euler-Lagrange, Primärzerfallsmodellierung

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Bürkle, N.; Holz, S.; et al. (2021): Numerische Untersuchung der Spraydispersion eines luftgestützten Kraftstoffzerstäubers in Flugtriebwerken. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.. (Text). https://doi.org/10.25967/550309. urn:nbn:de:101:1-2021091715335070709197.

17.09.2021