Diesel-Einspritzdüse M003p153 für Einspritzdüse 5ws40200, 5ws40044, 5ws40156-4z, A2c59514909 A2c59511602, A2c59511601 Citroen FIAT Peugeot

HOCHGESCHWINDIGKEITSSTRÖMUNGSSIMULATION IN KRAFTSTOFFEINSPRITZDÜSEN (Teil 1)

Die Zerstäubung von Kraftstoff ist für die Steuerung der Verbrennung in einem Direkteinspritzmotor von entscheidender Bedeutung. Die Steuerung der Verbrennung trägt dazu bei, Emissionen zu reduzieren und die Effizienz zu steigern. Kavitation ist einer der Faktoren, die die Art des Sprays in einer Brennkammer erheblich beeinflussen. Typische Kraftstoffeinspritzdüsen sind klein und arbeiten mit einem sehr hohen Druck, was die Untersuchung des Verhaltens der inneren Düse einschränkt. Die Zeit- und Längenskalen schränken die experimentelle Untersuchung einer Kraftstoffeinspritzdüse weiter ein. Die Simulation von Kavitation in einem Kraftstoffinjektor wird zum Verständnis des Phänomens beitragen und bei der weiteren Entwicklung hilfreich sein.

Der Aufbau jeder Simulation kavitierender Einspritzdüsen beginnt mit den Grundannahmen, welche Phänomene einbezogen und welche vernachlässigt werden. Bisher besteht kein Konsens darüber, ob die Annahme akzeptabel ist, dass sich kleine Kavitationsdüsen mit hoher Geschwindigkeit im thermischen oder im Trägheitsgleichgewicht befinden.

Diese Meinungsvielfalt führt zu unterschiedlichen Modellierungsansätzen. Geht man davon aus, dass sich die Düse im thermischen Gleichgewicht befindet, dann gibt es vermutlich keine nennenswerte Verzögerung Vi beim Blasenwachstum oder -kollaps aufgrund der Wärmeübertragung. Die Wärmeübertragung erfolgt unendlich schnell und Trägheitseffekte begrenzen den Phasenwechsel.

Die Annahme eines Trägheitsgleichgewichts bedeutet, dass die beiden Phasen eine vernachlässigbare Schlupfgeschwindigkeit haben. Alternativ kann man auf der Ebene der Untergitterskala auch die Möglichkeit kleiner Blasen in Betracht ziehen, deren Größe auf Druckänderungen reagiert. Schmidt et al. [1,2] entwickelten ein zweidimensionales transientes homogenes Gleichgewichtsmodell, das zur Simulation kleiner Düsenströmungen mit hoher Geschwindigkeit gedacht war. Das HEM nutzt die Annahme eines thermischen Gleichgewichts, um Kavitation zu simulieren. Es geht von einer Zweiphasenströmung innerhalb einer Düse in einer homogenen Mischung aus Dampf und Flüssigkeit aus.

Diese Arbeit präsentiert die Simulation einer Hochgeschwindigkeitsdüse unter Verwendung des HEM für Kavitation in einem mehrdimensionalen und parallelen Rahmen. Das Modell wird erweitert, um die nichtlinearen Effekte der reinen Phase in der Strömung zu simulieren, und der numerische Ansatz wird modifiziert, um stabile Ergebnisse im mehrdimensionalen Rahmen zu erzielen.