Laseroptische Untersuchungen von düseninternen Phänomenen und deren Auswirkung auf den Primärzerfall von Hochdruckzerstäubern

  • Laser optical investigations of nozzle internal phenomena and their impact on primary breakup of high pressure atomizers

Kirsch, Valeri; Kneer, Reinhold (Thesis advisor); Pitsch, Heinz (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021

Kurzfassung

Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung von Phänomenen, die für den Primärzerfall bei Hochdruckzerstäubern maßgeblich von Bedeutung sind. Zu diesem Zweck wird ein Durchlichtmikroskop in Kombination mit einer Mikroskopiekammer entwickelt, um den Primärzerfall direkt am Düsenaustritt bei motorrelevanten Umgebungsdichten sichtbar zu machen. Basierend auf diesen Entwicklungen wird das von Chaves et al. (1993) eingeführte LCV-Geschwindigkeitsmesssystem in Düsennähe für Überdruckbedingungen implementiert, angepasst und kalibriert. Erste Messungen am Primärzerfall bei Einspritzdrücken von bis zu 100 MPa und Umgebungsdrücken von bis zu 0,80 MPa zeigen, dass die ausschließliche Untersuchung des Primärzerfalls ohne Kenntnis der Düseninnenströmung nur ein unzureichendes Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen ermöglicht. Aus diesem Grund wird ein neues transparentes Düsendesign entwickelt und in ersten Messungen erfolgreich etabliert. Die transparente Düse wird mit einem innovativen Herstellungsverfahren (Selective Laser-induced Etching) produziert und mit einem Original Düsenkörper verklebt. Das Verfahren erlaubt die Realisierung der transparenten Düse mit realistischen geometrischen Parametern, wie z.B. Düseneinlaufverrundung, k-Faktor und konische Düsenbohrung in einer bisher nicht bekannten Genauigkeit von bis zu 1 µm. Mit dieser ist eine gleichzeitige Visualisierung der inneren und äußeren Phänomene der Düse gegeben. Basierend auf diesen entwickelten Methoden und weiteren Messmethoden werden lokale und globale Effekte und deren Bedeutung für die Strömungsentwicklung und damit den Primärzerfall im Detail analysiert.

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