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Für eine benetzte und unbenetzte Brennkammerwand wären dies das Kleben, das Abprallen, das Zerlaufen, das Aufbrechen durch Wärme oder Impuls und das Zerspritzen. Zur genauen Beschreibung des Vorgangs betrachtet man die Weberzahl des Tropfens We T1 vor und We T 2 nach dem Aufprall. Die Abbildung 17 zeigt die unterschiedlichen Aufschlagmechanismen. Beim Kleben trifft der kugelige Tropfen auf die Brennkammerwand und behält seine Gestalt bei. Dies ist oft dann der Fall, wenn die Brennkammerwand- Abbildung 19: Bereiche des Eintretens des Tropfenaufschlages temperatur sowie die kinetische [Stiesch G.; 2003; S.165] Energie des Tropfens gering sind. Die Weberzahl We T1 liegt unterhalb von fünf. Das Abpral- len des Tropfens wird entweder durch ein Luftkissen zwischen Tropfen und der Brennkammerwand oder durch eine sehr heiße Brennkammerwand verursacht. Die Weberzahl We T1 hat hier die Größenordung von fünf bis zehn. Bei noch höherer Weberzahl We T1 tritt ein Zer- laufen des Topfens ein. Es bildet sich ein Brennstofffilm an der Wand. Steigt die Weberzahl We T1 der Tropfen noch weiter an und sind die Wände heiß, so kann der Tropfen durch die hohe Wandwärme oder durch den hohen Impuls in sehr viele kleinere Subtropfen zerfallen. Beim Zerspritzen hingegen ist die kinetische Energie des Tropfens so hoch, dass dieser beim Aufschlag kronenförmig in sehr viele kleinere Subtropfen zerschellt. 40 Die Abbildung 19 gibt folgenden funktionalen Zusammenhang zwischen der Weberzahl des ankommenden und abgehenden Tropfens wieder: 41 0.044 T 1 2 0.678 1 We T = T ⋅ Gl. 2.5.1 We We e − 2.6 Die Tropfengrößenverteilung Bei der Zerstäubung von Fluiden werden kugelförmige Tropfen erzeugt, welche allein durch die Angabe ihres Durchmessers charakterisiert werden können. Bei der Zerstäubung von Kerosin entstehen in Abhängigkeit von dem Injektor Tropfen in der Größenordungen von 5 μm bis 80 μ m . Zum Vergleich zeigt die Abbildung 20 einige andere Teilchengrößen. Wäh- rend des Zerstäubungsvorgangs erzeugt der Injektor nie einen Spray mit konstanten Trop- 40 Vgl. Stanton Donald W., 1998, S.4. 41 Vgl. Stiesch G., 2003, S.167. 24
fendurchmessern. Es entstehen eine Vielzahl von Tropfen verschiedener Größe, sodass eine Tropfengrößenverteilungangenommen werden muss. Abbildung 20: Teilchengrößen Somit wird ein Spray, also ein Tropfenspektrum, nie allein durch die Angabe des Tropfendurchmessersbe- [Wozniak Günter; 2002; S.51] schrieben. Zur genauen Charakterisierung benötigt man zusätzlich die Verteilung der Tropfengrößen. Die Beschreibung der Tropfengrößenverteilung wird durch Gesetze ermöglicht, „welche die relative Häufigkeit der Teilchengröße in Abhängigkeit der Teilchengrößen abbilden.“ 42 Die am weitesten verbreitete empirische Verteilungsfunktion wurde von Rosin und Rammler entwickelt. Sie lautet: 43 1 exp ( ) B TG ⎧ D % ⎫ Q = − ⎨− ⎬ ⎩ DTC ⎭ 25 Gl. 2.6.1 Mit Q wird der Anteil der Tropfen beschrieben, welcher kleiner als der Grenztropfendurch- messer TG D ist. Die Größe TC D beschreibt einen charakteristischen Durchmesser und B~ gibt die Breite des Spraytropfenspektrums an. Geht B ~ gegen unendlich, so liegt ein homogener Spray vor. Typische Werte von B ~ liegen zwischen 1 und 4. Dieser kann folgend abgeschätzt werden: D − D % T90 T10 = Gl. 2.6.2 DT 50 B Hier sind D T10 , DT 90 und D T 50 spezielle Tropfendurchmesserangaben. So ist zum Beispiel D T10 der Tropfendurchmesser, bei dem 10% aller Tropfen des Sprays unter diesem Wert liegen. In der Zerstäubungstechnik ist die Beschreibung der charakteristischen Tropfendruchmesser von dem Anwendungsfall abhängig. Zur Beschreibung von Wärme- und Stoff- 42 Vgl. Wozniak Günter, 2002, S.53. 43 Vgl. Staufer Max, S.29.
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