Mehrkomponenten-Kavitationsmodellierung zur numerischen Strömungssimulation realer Fluidgemische in hydraulischen Systemen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Romuald Skoda
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 355240670

In hydraulischen Systemen werden i.d.R. komplexe Fluidgemische wie z.B. Hydrauliköle oder Kraftstoffe verwendet, die aus bis zu mehreren Hundert Einzelkomponenten bestehen und deren Stoffeigenschaften und Transportgrößen von der lokalen Gemischzusammensetzung abhängen. Es wird vermutet, dass es im Zusammenhang mit Blasendynamik und Kavitation ähnlich wie bei der Kraftstofftropfenverdunstung, abhängig von den Umgebungsbedingungen der Blase, zu einer lokalen Kraftstoffsegregation (Entmischung) der leicht- und schwersiedenden Einzelkomponenten innerhalb und in der Umgebung der Blase kommt. Aktuell in CFD Verfahren verfügbare Kavitationsmodelle vernachlässigen diese Entmischungsvorgänge und geben die Erscheinungsform der Kavitation z.B. in Kraftstoffen nur unzureichend wieder. Aufbauend auf verfügbaren blasendynamischen Modellen für Einkomponenten-Fluide soll ein Mehrkomponenten Einzelblasenmodell zunächst für sphärische Blasen entwickelt werden, das komponentenweise den Wärme, Stoff und Phasenübergang und somit die Fluidgemisch Segregation beschreibt. Einfache Fluidgemische werden diskret, Realfluide wie z.B. Kraftstoffe mit der kontinuierlichen Thermodynamik beschrieben. Weiterhin soll die Interaktion von Luftausgasung und Luftabsorption mit der Kavitation in Mehrkomponentengemischen modelliert werden. Die Validierung und Anwendung erfolgt an Strömungstestfällen, die für Einspritzsysteme und ölhydraulische Komponenten repräsentativ sind. Bereits die Anwendung des Mehrkomponenten Einzelblasenmodells dient einem besseren Verständnis der Wirkzusammenhänge zwischen Fluidgemisch und Blasendynamik, Luftausgasung sowie Kavitationserosion und ist auch der Grundstein für die Entwicklung von Mehrkomponentenkavitationsmodellen in 3D CFD Verfahren, welche in einem angestrebten Folgevorhaben untersucht werden sollen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen