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Modeling of collisional transport processes in spray dynamics = Modellierung kollisionsinduzierter Transportprozesse in dispersen Sprühstrahlen



Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Philipp Pischke

ImpressumAachen 2014

Umfang156 S. : Ill., graph. Darst.


Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Zsfassung in dt. und engl. Sprache. - Druckausg.: Pischke, Philipp: Modeling of collisional transport processes in spray dynamics


Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter


Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2014-03-21

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-50215
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/444877/files/5021.pdf

Einrichtungen

  1. Lehrstuhl für Wärme- und Stoffübertragung (412610)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Numerische Strömungssimulation (Genormte SW) ; Disperse Strömung (Genormte SW) ; Monte-Carlo-Simulation (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Kollisionsalgorithmus (frei) ; Kollisionsmodell (frei) ; collision algorithm (frei) ; collision model (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
pacs: 47.27.wg * 47.55.D- * 47.55.Kf

Kurzfassung
Liquid sprays are governed by a multitude of fluid- and thermodynamic transport processes between the liquid droplets and the continuous gas phase. At the phase boundary, interfacial transport processes lead to liquid atomization, droplet deformation and breakup, turbulent dispersion and modulation, air entrainment and vaporization into the gas phase. Within the disperse phase, droplet collisions make a major contribution to momentum transport and energy dissipation, and interfere with spray dynamics to great extent. Numerical simulations of disperse multiphase flows are based on sub-models for all significant transport processes. For collisional transport processes within the disperse phase, various collision algorithms and models have been developed, which predict collision incidents and the collision outcomes. However, existing algorithms are restricted to isotropic flows with small velocity gradients, which are not found in typical applications such as high-velocity engine sprays. To describe collisional transport processes under such conditions, a new collision algorithm has been derived in the present work, which accounts for anisotropic droplet dispersions and velocity gradients in the disperse phase, and increases the order of accuracy significantly over benchmark collision algorithms. The new algorithm is validated by synthetic validation cases, and tested with exemplary simulations of turbulent engine sprays. The simulations give an insight into the physics of collisional transport processes and their contribution to spray dynamics.

Die Dynamik von Flüssig-Gas-Sprühstrahlen wird durch eine Vielzahl von strömungsmechanischen und thermodynamischen Transportprozessen zwischen den Flüssigkeitstropfen und der umgebenden Gasphase bestimmt. Die Wechselwirkungen zwischen diesen Phasen bewirken Strahlaufbruch, Tropfendeformation und -zerfall, turbulente Dispersion und Turbulenzmodulation, und Verdunstung der Flüssigkeit aus der Tropfenphase in die Gasphase. Innerhalb der Tropfenphase wird der Impulstransport und die Energiedissipation vor allem durch Tropfenkollisionen bestimmt, die signifikanten Einfluss auf die Strahldynamik nehmen. Für die Simulation disperser Mehrphasenströmungen werden eine Vielzahl von Modellen benötigt, um die zuvor genannten Prozesse abzubilden. Die Transportprozesse innerhalb der Tropfenphase müssen durch Kollisionalgorithmen und -modelle beschrieben werden, die Kollisionsereignisse und deren Auswirkung erfassen. Bestehende Kollisionsalgorithmen sind unter der Annahme isotroper Strömungen mit schwachen Geschwindigkeitsgradienten hergeleitet worden, demnach für Bedingungen, die in typischen technischen Anwendungsfällen nicht vorliegen. Um Tropfenkollisionen unter solchen Bedingungen mit hoher Genauigkeit vorhersagen zu können, ist ein neuer Kollisionsalgorithmus hergeleitet worden, der anisotrope Tropfenverteilungen und Geschwindigkeitsgradienten in der Tropfenphase berücksichtigt und so einen deutlichen Gewinn an Genauigkeit gegenüber bestehenden Algorithmen erzielt. Der Kollisionsalgorithmus ist anhand analytischer und numerischer Rechnungen validiert und beispielhaft an Simulationen motorischer Sprühstrahlen erprobt worden. Die erzielten Simulationsergebnisse geben Einsicht in die Transportprozesse innerhalb der Tropfenphase und deren Beitrag zur Strahldynamik.

Fulltext:
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Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online, print

Sprache
English

Interne Identnummern
RWTH-CONV-145195
Datensatz-ID: 444877

Beteiligte Länder
Germany

 GO


OpenAccess

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The record appears in these collections:
Document types > Theses > Ph.D. Theses
Faculty of Mechanical Engineering (Fac.4)
Publication server / Open Access
Public records
Publications database
412610

 Record created 2014-12-09, last modified 2022-04-22


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