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Table of Contents
Intro
Symbolverzeichnis
1 Einleitung
2 Wissenschaftlicher Kenntnisstand
2.1 Luftgestützte Zerstäubung von Kraftstoff
2.2 Experimentelle Untersuchungen zum Primärzerfall
2.3 Numerische Untersuchungen zum Primärzerfall
2.3.1 Numerische Verfahren zur Berechnung von Zerstäubungsvorgängen
2.3.2 Untersuchungen zum Strahlzerfall
2.3.3 Untersuchungen zur Kantenzerstäubung
2.4 Mehrphasensimulationen mit SPH
2.5 Zielsetzung, Vorgehensweise und eigener wissenschaftlicher Beitrag
3 Grundlagen der SPH-Methode
3.1 Mathematische Beschreibung von Strömungen
3.1.1 Massenerhaltung
3.1.2 Impulstransport
3.1.3 Energieerhaltung
3.1.4 Räumliche und zeitliche Diskretisierung
3.2 Numerische Methoden der Mehrphasen-Simulation
3.3 Grundlagen der SPH-Methode
3.4 Erhaltungsgleichungen in SPH-Form
3.4.1 Massenerhaltung
3.4.2 Impulstransport
3.4.3 Energieerhaltung
3.5 Modellierung kompressibler und inkompressibler Medien
3.6 Diskretisierung in der Zeit
3.7 Randbedingungen
3.7.1 Wände
3.7.2 Periodische Randbedingungen
3.7.3 Einlass- und Auslassrandbedingungen
3.8 Modellierung von Oberflächenspannung und Benetzung
4 Strategie der Code-Gestaltung und Implementierung
4.1 Spezielle simulative Anforderungen des Primärzerfalls
4.2 Aspekte des Hochleistungsrechnens
4.2.1 Parallelisierung
4.2.2 Hardwaregerechte Programmierung
4.2.3 Bewertung der Leistungsfähigkeit
4.3 Implementierungsdetails
4.3.1 Beschreibung des Programmpakets super_sph
4.3.2 Programmstruktur
4.3.3 Datenstrukturen
4.3.4 Nachbarsuche
4.3.5 Parallelisierungsstrategie
4.3.6 Randbedingungen
4.4 Datenaufbereitung und Auswertung
4.4.1 Handhabung großer Datensätze
4.4.2 Zielgrößen des Postprocessings
4.4.3 Analyse der Sprayeigenschaften
4.4.4 Visualisierung.
5 Referenz-Experiment und numerisches Modell
5.1 Referenz-Experiment
5.2 Numerische Abstraktion
5.3 Annahmen und Einschränkungen
6 Validierung und Untersuchung der numerischen Leistungsfähigkeit
6.1 Vorbereitende generischer Testfälle und Validierung
6.1.1 Einfluss der Diskretisierung bei der Simulation von Flüssigkeitstropfen
6.1.2 Konvergenz bei Zerfallsprozessen
6.1.3 Vergleich mit anderen CFD-Methoden
6.2 Bewertung der numerischen Leistungsfähigkeit
6.2.1 Untersuchung der Skalierbarkeit
6.2.2 Vergleich mit Leistungsdaten anderer numerischer Verfahren
7 Simulation einer Kraftstoffdüse mit ebener Zerstäuberkante
7.1 Simulationsdetails
7.2 Phänomenologische Betrachtung
7.2.1 Dreidimensionaler Einlaufvorgang
7.2.2 Akkumulation und transversale Schwingungen
7.2.3 Exposition
7.2.4 Rayleigh-Zerfall und Abschnürvorgänge
7.2.5 Blasenzerfall
7.2.6 Luftströmung
7.3 Quantitativer Vergleich mit experimentellen Ergebnissen
7.3.1 Einfluss der Tropfenerfassung auf quantitative Ergebnisse
7.3.2 Einfluss der Bildrate
7.3.3 Wahl der Zerfallsereignisse
7.3.4 Analyse und Vergleich der Sprayeigenschaften
8 Zusammenfassung und Ausblick
Literatur
Betreute Studien-, Diplom-, Bachelor- und Masterarbeiten.
Symbolverzeichnis
1 Einleitung
2 Wissenschaftlicher Kenntnisstand
2.1 Luftgestützte Zerstäubung von Kraftstoff
2.2 Experimentelle Untersuchungen zum Primärzerfall
2.3 Numerische Untersuchungen zum Primärzerfall
2.3.1 Numerische Verfahren zur Berechnung von Zerstäubungsvorgängen
2.3.2 Untersuchungen zum Strahlzerfall
2.3.3 Untersuchungen zur Kantenzerstäubung
2.4 Mehrphasensimulationen mit SPH
2.5 Zielsetzung, Vorgehensweise und eigener wissenschaftlicher Beitrag
3 Grundlagen der SPH-Methode
3.1 Mathematische Beschreibung von Strömungen
3.1.1 Massenerhaltung
3.1.2 Impulstransport
3.1.3 Energieerhaltung
3.1.4 Räumliche und zeitliche Diskretisierung
3.2 Numerische Methoden der Mehrphasen-Simulation
3.3 Grundlagen der SPH-Methode
3.4 Erhaltungsgleichungen in SPH-Form
3.4.1 Massenerhaltung
3.4.2 Impulstransport
3.4.3 Energieerhaltung
3.5 Modellierung kompressibler und inkompressibler Medien
3.6 Diskretisierung in der Zeit
3.7 Randbedingungen
3.7.1 Wände
3.7.2 Periodische Randbedingungen
3.7.3 Einlass- und Auslassrandbedingungen
3.8 Modellierung von Oberflächenspannung und Benetzung
4 Strategie der Code-Gestaltung und Implementierung
4.1 Spezielle simulative Anforderungen des Primärzerfalls
4.2 Aspekte des Hochleistungsrechnens
4.2.1 Parallelisierung
4.2.2 Hardwaregerechte Programmierung
4.2.3 Bewertung der Leistungsfähigkeit
4.3 Implementierungsdetails
4.3.1 Beschreibung des Programmpakets super_sph
4.3.2 Programmstruktur
4.3.3 Datenstrukturen
4.3.4 Nachbarsuche
4.3.5 Parallelisierungsstrategie
4.3.6 Randbedingungen
4.4 Datenaufbereitung und Auswertung
4.4.1 Handhabung großer Datensätze
4.4.2 Zielgrößen des Postprocessings
4.4.3 Analyse der Sprayeigenschaften
4.4.4 Visualisierung.
5 Referenz-Experiment und numerisches Modell
5.1 Referenz-Experiment
5.2 Numerische Abstraktion
5.3 Annahmen und Einschränkungen
6 Validierung und Untersuchung der numerischen Leistungsfähigkeit
6.1 Vorbereitende generischer Testfälle und Validierung
6.1.1 Einfluss der Diskretisierung bei der Simulation von Flüssigkeitstropfen
6.1.2 Konvergenz bei Zerfallsprozessen
6.1.3 Vergleich mit anderen CFD-Methoden
6.2 Bewertung der numerischen Leistungsfähigkeit
6.2.1 Untersuchung der Skalierbarkeit
6.2.2 Vergleich mit Leistungsdaten anderer numerischer Verfahren
7 Simulation einer Kraftstoffdüse mit ebener Zerstäuberkante
7.1 Simulationsdetails
7.2 Phänomenologische Betrachtung
7.2.1 Dreidimensionaler Einlaufvorgang
7.2.2 Akkumulation und transversale Schwingungen
7.2.3 Exposition
7.2.4 Rayleigh-Zerfall und Abschnürvorgänge
7.2.5 Blasenzerfall
7.2.6 Luftströmung
7.3 Quantitativer Vergleich mit experimentellen Ergebnissen
7.3.1 Einfluss der Tropfenerfassung auf quantitative Ergebnisse
7.3.2 Einfluss der Bildrate
7.3.3 Wahl der Zerfallsereignisse
7.3.4 Analyse und Vergleich der Sprayeigenschaften
8 Zusammenfassung und Ausblick
Literatur
Betreute Studien-, Diplom-, Bachelor- und Masterarbeiten.