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• Erhöhung der Reaktionsfreudigkeit • Verringerung des spezifischen Brennstoffverbrauchs Abbildung 10: Unterteilung des Zerstäubungsprozesses Der Zerstäubungsprozess lässt sich in viele Einzelprozesse unterteilen. Die Abbildung 10 zeigt schematisch die Unterteilung des Zerstäubungsprozesses vom untersuchten LDI- Injektor. 22 In dieser Arbeit wird nur der Zerstäubungsprozess des primären Brennstoffkreises betrachtet. Dieser kann in sechs Teilprozesse strukturiert werden: I. Luft- und Brennstoffeigenschaften: In diesem Abschnitt wird auf die wichtigsten Fluideigenschaften eingegangen und das Strömungsfeld kurz beschrieben. II. Freistrahlzerfall: Hier wird der Zerfallsmechanismus des aus der Düse austretenden Kerosinstrahls zu Tropfen beschrieben. III. Tropfenbewegung: In diesem Abschnitt wird auf die Tropfenkinematik, Tropfenkollision und den Sekundärzerfall eingegangen. IV. Tröpfchen-Wandinteraktion: Dieser Abschnitt beschreibt das Verhalten der Tropfen beim Auftreffen auf die Wände der Brennkammer. V. Tropfengrößenverteilung: Hier werden die Möglichkeiten der Beschreibung der Topfengrößenverteilung angegeben. VI. Tropfenverdampfung: Es wird auf den Verdampfungsprozess der Tropfen eingegangen. 22 Vgl. Fritsching Udo, 2001, S.18 ff. 14
2.2 Die Luft- und Brennstoffeigenschaften Luft und Brennstoffe kann man unter dem Oberbegriff Fluide zusammenfassen. Als Fluid bezeichnet man „ein Kontinuum, welches keine Schubspannungen im ruhenden Zustand aufnehmen kann“. 23 Im Wesentlichen sind dies Flüssigkeiten und Gase. Einen großen Einfluss auf das Zerstäubungsergebnis hat das Kerosin selbst. Es kann als Newtonsch’es Fluid angesehen werden. Solche Fluide zeichnen sich durch die lineare Abhängigkeit der Schubspannung τ und dem normalen Geschwindigkeitsprofil über die dynamische Viskosität η aus: δ c τ = η⋅ Gl. 2.2.1 δ y Als wichtige Eigenschaften des Brennstoffes auf den Zerstäubungsprozess gelten die Dichte, Viskosität und die Oberflächenspannung. 24 Die Dichte wird definiert als das Verhältnis von Masse je Volumeneinheit des Brennstoffes und entspricht für Kerosin: mBkg ρ K = ≈ 790...830 bei T ≈ 293,15K Gl. 2.2.2 3 V m B Die Dichte hängt von der Temperatur und dem Druck ab. Eine Temperaturänderung Δ T = T2 − T1 führt mit dem Ausdehnungskoeffizienten α K für Kerosin zu folgender Dichteän- derung: 25 ρ ρ K1 K 2 = mit 1+ α K ⋅Δ T αK ≈10,4 ⋅ 10 Gl. 2.2.3 K 15 4 1 Flüssigkeiten mit höherer Dichte haben mehr Masse und somit eine höhere kinetische Energie. Dies bewirkt das Entstehen kleinerer Tropfen. Ebenso wie die Dichte ist die Viskosität des Brennstoffes für den Zerstäubungsprozess wichtig. Für Kerosin beträgt die dynamische Viskosität η bei Raumtemperatur: kg ηK ≈ 0,0016 ms ⋅ 23 Vgl. Wozniak Günter, 2002, S.5. 24 Vgl. Bayvel L., 1996, S.25 ff. 25 Vgl. Lefebvre Arthur, 1989, S.11 ff. bei T ≈ 293,15K Gl. 2.2.4
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