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Teilprojekt B01: Numerische Untersuchung zur Filmverdampfung von Mehrkomponentensystemen und zur Entstehung von Ablagerungen

Flüssige Kraftstoffe bilden im Brennraum unter bestimmten Bedingungen Wandfilme. Die leichtflüchtigen Komponenten des Kraftstoffs verdunsten bevorzugt. Durch Vernetzung oder chemische Reaktionen können aus den verbliebenen Komponenten feste Ablagerungen entstehen. Diese Ablagerungen beeinflussen die Motoreffizienz und die Schadstoffemissionen negativ. Auch bei anderen Verdunstungsprozessen in der Verfahrenstechnik oder z.B. bei der selektiven katalytischen Reaktion von Stickoxiden im Abgasstrang kann es zu Ablagerungsbildungen kommen, welche den Prozess negativ beeinflussen. Die Prozessabläufe und deren Abhängigkeit von Einflussparametern sind nur unzureichend verstanden.

Ausgangspunkt dieses Projekts sind wissenschaftlich offene Fragestellungen zu den komplexen Phänomenen und Wechselwirkungen im Zusammenhang mit Verdampfung und Ablagerungsbildung mehrkomponentiger Flüssigkeitsfilme. Dabei sind der Einfluss vielfältiger Phänomene (Wandbeheizung, Wandstruktur, äußere Gasströmung, benetzter Bereich) auf Filmdynamik, Verdunstung und Ablagerungsbildung relevant. In diesem Projekt werden dazu theoretische und numerische Modelle entwickelt und angewendet. Dazu werden die vielfältigen physikalischen Prozesse, die bei der Verdunstung und Ablagerungsbildung von mehrkomponentigen turbulenten Flüssigkeitsfilmen zu beachten sind, zunächst getrennt mit Hilfe geeigneter Methoden untersucht. Dabei kommen sowohl asymptotische Methoden (Long-Wave-Theory) als auch numerische Simulation (Volume-of-Fluid Methode und Arbitrary-Lagrangian-Eulerian-Methode) zum Einsatz. Durch die Kombination der Modelle ist es möglich, Aussagen über den Einfluss verschiedener Parameter (z.B. Temperatur, turbulente Strömung, Flüssigkeitszusammensetzung) auf die Verdunstung und Ablagerungsbildung zu treffen und somit das Prozessverständnis zu verbessern.

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