Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Otto- und dieselmotorische Kraftstoffe sind komplexe Mehrkomponentenfluide. Sie neigen unter bestimmten Prozessbedingungen zur Filmbildung an Wänden und Verklebung bzw. zur Bildung von Ablagerungen. Bei einigen Verdampfungsprozessen in der Verfahrenstechnik oder z.B. bei der Harnstoffeinspritzung in Abgaskanälen sind prinzipiell ähnliche Phänomene zu beobachten: Bei partieller Benetzung der heißen Wand durch Flüssigkeit kann es zu lokaler Überhitzung und Anhaftungen kommen, wodurch der Prozess negativ beeinflusst wird. Bei der innermotorischen Verbrennung kann eine Ablagerung (Verkokung) die Motoreffizienz deutlich verringern und die Emissionen deutlich vergrößern. Beispielhaft sei die Filmbildung und Ablagerung von Ottokraftstoff an Einspritzdüsen genannt, die sowohl zu Veränderung der Geometrie der Düsenbohrungen an der Austrittskante und somit zur einer veränderten Spraycharakteristik als auch zu unkontrolliertem Abbrand mit damit einhergehenden unkontrollierten Emissionen führen kann.

Das Verständnis und die Optimierung der genannten Prozesse erfordert ein grundlegendes Verständnis der Filmströmungsregime an der Wand, der Benetzungseigenschaften Fluid-Wandmaterial und des lokalen mehr-phasigen Wärme- und Stofftransports. Zur Verklebung/Verkokung des zunächst flüssigen und niedrigviskosen Kraftstoffs kommt es durch bevorzugte Verdampfung der leichtflüchtigen Komponenten in die Gasphase und Vernetzung sowie Reaktion der verbleibenden, schwerflüchtigen Komponenten. Mit Beginn der Ablagerung schwerflüchtiger Komponenten spielen zusätzlich die Materialeigenschaften der porösen, anhaftenden Ablagerung und die Kapillarkräfte in den Poren eine Rolle.

Systematische experimentelle Untersuchungen zum Einfluss der Fluide, der Wandmaterialien (incl. Beschichtungen und Mikrotopographien) und der Prozessparameter (Druck, Temperatur, Verweilzeit, Strömungsgeschwindigkeiten, Gasatmosphäre, …), die ein grundlegendes Verständnis begründen und eine Validierung von theoretisch-numerischen Modellen zulassen, fehlen bis heute weitgehend. Solche systematische und hoch auflösende generische Versuche sind Gegenstand dieses Forschungsprojektes.

Website des SFB/TRR 150: Turbulente, chemisch reagierende Mehrphasenströmungen in Wandnähe