2488244 Diesel-Einspritzdüse für Scania DC09/DC13/DC16-Motoren

Dynamische Kavitation in einem Hochleistungs-Dieselinjektor – eine experimentelle und CFD-Untersuchung (Teil 4)

Zusammenfassend: 

Die Hochgeschwindigkeitsbildgebung der Kavitation innerhalb einer Kontrollöffnung zeigte einen pulsierenden hydraulischen Effekt, der in früheren Studien nicht beobachtet wurde. Entlang der Öffnungswand entstand eine große Hohlraumkavitation, und sobald der konische Abschnitt erreicht war, kam es stromaufwärts entlang der Öffnung zu einer Verfüllung. Als die Hinterfüllung den Öffnungseingang erreichte, kam es zu einem Übergang der Strömungsstruktur, es bildete sich eine große Hohlraumkavitation und der Vorgang wiederholte sich

Die fortschrittliche Turbulenzmodellierung in den CFD-Simulationen führte zu Ergebnissen, die im Vergleich zu experimentellen Ergebnissen wesentlich genauer sind als Standardmodelle. 

Die CFD passte die pulsierende große Hohlraumkavitation entlang der Öffnung und das Rückfüllereignis an. 

Die Häufigkeit dieses Verhaltens in den CFD-Ergebnissen stimmte auch mit der des Experiments überein. 

Die CFD ergab, dass die Strömungsgeschwindigkeit ebenfalls pulsierte, was mit dem oben beschriebenen Kavitationsverhalten zusammenhängt. Die Tatsache, dass der durchschnittliche Cd im CFD mit dem im Experiment gemessenen Wert übereinstimmte, gab die Gewissheit, dass die Pulsation der CFD-Durchflussrate korrekt war. 

Der Einsatz von LSMs ermöglichte die Entwicklung der LES-CFD-Modelle in einem überschaubaren Zeitrahmen. Dies sparte viel Zeit bei der Entwicklung der Modelle für realgroße Komponenten. 

Beim realen Injektor war die Frequenz der pulsierenden Kavitation zu hoch, um die Motorleistung zu beeinflussen. Das durch diese Arbeit vermittelte Bewusstsein für das Phänomen wird es ermöglichen, potenziell nachteilige Auswirkungen in zukünftigen Entwurfsebenen zu vermeiden.

Referenzen
[1]C. Soteriou, M. Smith und R. Andrews, „Cavitation Hydraulic Flip and Atomization in Direct Injection Diesel Sprays“, in IMechE C465/051/93, 1993.
[2]C. Soteriou, M. Smith und R. Andrews, „Dieseleinspritzung – Laserlichtblattbeleuchtung der Entwicklung von Kavitation in Öffnungen“, in IMechE C529/018/98, 1998.
[3]B. Befrui, P. Spiekermann, MA Shost und M.-C. Lai, „VoF-LES Studies of GDi Multi-Hole Düse Plume Primary Breakup and Compare with Imaging Data“, in der ILASS Europe Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Chania, Griechenland, 2013.
[4]RE Bensow, „Simulation der instationären Kavitation auf der Delft Twist11-Folie mit RANS, DES und LES“, im Zweiten Internationalen Symposium für Schiffsantriebe, Hamburg, Deutschland, 2011.
[5]C. Egerer, S. Hickel, S. Schmidt und N. Adams, „Analysis of turbulent cavitating flow in a microchannel“, in der SHF-Konferenz über hydraulische Maschinen und Kavitation/Luft in Wasserrohren, Grenoble, Frankreich, 2013.
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[7] C. Arcoumanis, JM Nouri und RJ Andrews, „Application of Refractive Index Matching to a Diesel Düse Internal Flow“, in 6th International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics, 1992. [8] D. Bush, CCESoteriou , M. Winterbourn und C Daveau, „Untersuchung hydraulischer Steuerkomponenten in Hochleistungsinjektoren“ in Fuel Systems for IC Engines, IMechE 2015.