Das Verhalten von mono- und bifluiden Tropfen unter aerodynamischer Last: eine numerische Studie mit SPH
Gespeichert in:
1. Verfasser: | |
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Format: | Abschlussarbeit Buch |
Sprache: | German |
Veröffentlicht: |
Berlin
Logos Verlag Berlin GmbH
[2018]
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Schriftenreihe: | Forschungsberichte aus dem Institut für Thermische Strömungsmaschinen
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ABBILDUNGEN IV
TABELLEN X
SYMBOLE XI
1 EINLEITUNG 1
2 STAND DER FORSCHUNG 5
2.1 PHAENOMENOLOGISCHE BETRACHTUNG VON TROPFEN UNTER AERODYNAMISCHER LAST
. . . 6
2.2 BESCHREIBUNG VON TROPFEN UNTER GERINGER AERODYNAMISCHER L A S T
......................
11
2.2.1 TROPFENDEFORMATION
.................................................................................
11
2.2.2 TROPFENSCHWINGUNG ............................ 15
2.2.2.1 FREIE FORMSCHWINGUNGEN VON T RO P FE N
.................................. 15
2
.
22.2
ANALYTISCHE BESCHREIBUNG DER FORMSCHWINGUNGEN VON TROPFEN 17
2.2.3 BEWEGUNGSGLEICHUNG............................... 19
2.3 NUMERISCHE UNTERSUCHUNGEN AERODYNAMISCH BEAUFSCHLAGTER T RO P FEN
................
21
2.3.1 METHODEN ZUR SIMULATION VON MEHRPHASENSTROEMUNGEN
.........................
21
2.3.2 NUMERISCHE STUDIEN ZU AERODYNAMISCH BEAUFSCHLAGTEN TROPFEN .... 23
2.4 UNTERSUCHUNGEN VON MEHRPHASENSTROEMUNGEN MIT DER SPH -M ETHODE
................
28
2.5 UNTERSUCHUNGEN ZUR ZERSTAEUBUNG VON EMULSIONEN
.
..............................................
31
3 ZIELSETZUNG 35
4 SMOOTHED PARTICLE HYDRODYNAMICS 39
4.1 MATHEMATISCHE BESCHREIBUNG VON M EHRPHASENSTROEMUNGEN
...............................
39
4.1.1
ERHALTUNGSGLEICHUNGEN..............................................................................
39
4.1.2 NUMERISCHE VERFAHREN FUER M EHRPHASENSTROEMUNGEN
................................
40
4.2 D ISKRETISIERUNG................... 41
4.3 ERHALTUNGSGLEICHUNG IN S P H -F O RM
..................
43
4.4 INKOMPRESSIBILITAET
.
.................................................
45
4.5 RANDBEDINGUNGEN...................... 46
4.5.1 FESTE BEGRENZUNGEN
..................................................................................
47
4.5.2 DURCHLAESSIGE R AE N D E R ....................... 48
4.6 MEHRPHASENSTROEMUNG IN S P H
..........................
49
4.6.1 OBERFLAECHENSPANNUNG
..................................................................
50
4.6.2 BESCHREIBUNG VON DREIPHASENGRENZFLAECHEN
............................................
51
5 MODELLENTWICKLUNG ZUR BESCHREIBUNG VON DREIPHASENINTERAKTIONEN IN SPH
55
5.1 UMSETZUNG DES DREIPHASENINTERAKTIONS-MODELLS
.....................................
55
5.2 VALIDIERUNG DES FLUID-WAND-INTERAKTIONSMODELLS
.........................
57
5.3 VALIDIERUNG DES DREI-FLUID-INTERAKTIONSMODELLS
..................................
65
6 SIMULATION DER AERODYNAMISCHEN BEAUFSCHLAGUNG VON TROPFEN 71
6.1 RECHENGEBIET UND
RANDBEDINGUNGEN.........................................................
71
6.1.1 SIMULATIONSABLAUF UND
TROPFENINITIALISIERUNG......................................... 73
6.1.2 DISKUSSION DER RAEUMLICHEN A U FLOE SU N G
......................................
74
6.2 SIMULATIONSUEBERSICHT .
.
...........................................................................
76
7 MONOFLUIDE TROPFEN UNTER AERODYNAMISCHER LAST 81
7.1 DEFORMATIONSVERHALTEN BEI UNTERKRITISCHER AERODYNAMISCHER B ELASTU N
G ............. 81
7.1.1 INITIALE TROPFENDEFORM
ATION...................................................... 83
7.1.2 FORMSCHWINGUNG...................... 88
7.2 FREQUENZ- UND DAEMPFUNGSVERHALTEN VON TROPFENSCHWINGUNGEN .........
89
7.2.1 ANALYTISCHE BETRACHTUNG EINES
FEDER-MASSE-DAEMPFER-SYSTEMS............. 90
7.2.2 SCHWINGUNGSVERHALTEN DER MONOFLUIDEN E IN Z E LTRO P FE N
.........................
91
7.3 TROPFENBEWEGUNG BEI UNTERKRITISCHER AERODYNAMISCHER L A S T
..................
100
7.4 VERGLEICH DER VORHERSAGE DER SPH-METHODE UND DES NLTAB3-MODELLS UEBER
DAS
VERHALTEN MONOFLUIDER T RO P FE N
....................
..
.....................................
..................
109
7.4.1 EINFLUSS DES AERODYNAMISCHEN WIRKUNGSKOEFFIZIENTEN . ......... 110
7.4.2 VORHERSAGE DER QUERDEFORMATION UND DES SCHWINGUNGSVERHALTENS . . .
112
7.4.3 VORHERSAGE DER TROPFENBEW EGUNG................ 121
7.5 TROPFENDEFORMATION UND -AUFBRUCH BEI UEBERKRITISCHER AERODYNAMISCHER
BELASTUNG 124
8 BIFLUIDE TROPFEN UNTER AERODYNAMISCHER LAST 131
8.1 EINFLUSS VON WASSER AUF DAS DEFORMATIONSVERHALTEN VON
KRAFTSTOFFTROPFEN BEI
UNTERKRITISCHER AERODYNAMISCHER BELASTUNG .
.
......................................... 131
8.2 BEEINFLUSSUNG DER TROPFENBEWEGUNG DURCH EINEN IM KRAFTSTOFF
PLATZIERTEN WAS
SERTROPFEN
..................
142
8.3 EINFLUSS DES VOLUMENANTEILS DES WASSERS UND DER FLUIDANORDNUNG AUF
DAS VER
HALTEN VON BIFLUIDEN EINZELTROPFEN
.................................................................... 144
9 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 151
LITERATUR 153
STUDENTISCHE ARBEITEN 171
ANHANG 173
A. 1 STOFFWERTE UND KONTAKTWINKEL DER N-ALKANE ZUR VALIDIERUNG DES
DYNAMISCHES
BENETZUNGS VERHALTENS
..................................................................................................173
A.2 FEHLERABSCHAETZUNG DER MIT SPH BESTIMMTEN STATISCHEN KONTAKTWINKELN
ALLGE
MEINER DREI-FLUID IN TE RA K TIO N E N
...............................................................................174
A.3 EINFLUSS DER OHNESORGE ZAHL AUF DIE TRAJEKTORIE, GESCHWINDIGKEIT UND
BESCHLEU
NIGUNG MONOFLUIDER EINZELTROPFEN
....................................................................
175
A.4 FREQUENZ-UND DAEMPFUNGSVERHALTEN MONOFLUIDER
EINZELTROPFEN..............................176
A.5 VERGLEICH DER VORHERGESAGTEN WIDERSTANDSBEIWERTE MIT KORRELATIONEN
AUS DER
L
ITERATUR........................................................................................................................180
A.6 VERGLEICH DER MIT SPH UND DEM NLTAB3 MODELL VORHERGESAGTEN
QUERAUSDEHNUNG 182
A.7 AUSWERTUNG DER SPANNUNGSANTEILE EINE MIT DER SPH METHODE
VORHERGESAGTEN
W
ASSERTROPFENS...........................................................................................................
183
A.8 VERGLEICH DER TROPFENTRAJEKTORIE UND -GESCHWINDIGKEIT VORHERGESAGT
MIT SPH
UND DEM NLTAB 3 MODELL
........................................................................................
184
A.9 VERGLEICH DES MIT SPH UND DEM NLTAB3 MODELL VORHERGESAGTEN
TROPFENWIDER
STANDS
.
.................................
187
A.10 ZEITLICHE ENTWICKLUNG DER QUER- UND LAENGSAUSDEHNUNG BIFLUDER
EINZELTROPFEN . 189
A. 11 GEGENUEBERSTELLUNG DES VERHALTENS MONO- UND BIFLUIDER EINZELTROPFEN
WAEHREND
DER INITIALEN D EFORM
ATION............................................................................................190
A. 12 TROPFENBAHN UND -GESCHWINDIGKEIT BIFLUIDER E IN ZELTRO P FEN
...................................
193
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