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

Kirsch, Valeri; Pitsch, Heinz; Kneer, Reinhold

doi:40470

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^RWTH*

2021

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Valeri Kirsch

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2021

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Kneer, Reinhold (Thesis advisor)^RWTH* ; Pitsch, Heinz (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2021-04-27

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2021-06835
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/822583/files/822583.pdf

Einrichtungen

Projekte

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
cavitation (frei) ; high pressure nozzle (frei) ; high speed microscopy (frei) ; inner flow (frei) ; primary breakup (frei) ; spray (frei) ; transparent nozzle (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

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.

The focus of this thesis lies on the investigation of the relevant breakup mechanisms for the primary breakup of high-pressure atomizers. For this purpose, a transmitted light microscope in combination with a microscopy chamber is developed in order to visualize the primary breakup directly at the nozzle outlet under engine-relevant ambient densities. Based on these developments, the LCV velocity measurement system introduced by Chaveset al. (1993) is implemented, adjusted and calibrated close to the nozzle at overpressure conditions. First measurements of the primary breakup at injection pressures of up to 100 MPa and ambient pressures of up to 0,80 MPa show that the exclusive investigation of the primary breakup without knowledge of the nozzle’s internal flow gives only an insufficient understanding of the underlying physics. For this reason, a new transparent nozzle design is being developed and successfully established in first measurements. The transparent nozzle is produced with an innovative manufacturing process (Selective Laser-induced Etching) and glued to an original nozzle body. This method allows the realization of the transparent nozzle with realisticgeometrical parameters such as e.g. nozzle inlet rounding, k-factor, conical nozzle hole in unknown accuracy of up to 1 µm. Therefore, simultaneous visualization of the inner and outer phenomena is given with that nozzle. Based on the microscopy technique, injection chamber, LCV measurement method, the glass nozzle and additional measuring methods, local and global effects and their significance for flow development and primary breakupunder engine-relevant ambient densities are analyzed in detail.

OpenAccess:
PDF
(zusätzliche Dateien)