Zur numerischen Simulation der Ölstrahl-Zahnrad-Interaktion in Flugtriebwerken : : Eine Studie mit SPH und VOF /

Zur numerischen Simulation der Ölstrahl-Zahnrad-Interaktion in Flugtriebwerken : : Eine Studie mit SPH und VOF / / Marc Keller.

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Bibliographic Details
VerfasserIn:
Keller, Marc,
Place / Publishing House:Berlin, Germany : : Logos Verlag Berlin GmbH,, 2022.
Year of Publication:2022
Language:German
Series:Universität Karlsruhe
Physical Description:1 online resource (182 pages) :; illustrations.
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Table of Contents:
  • Abbildungen xiii
  • Tabellen xix
  • Symbole xxi
  • 1 Einleitung 1
  • 2 Stand der Forschung 5
  • 2.1 Funktion und Varianten der Einspritzschmierung 5
  • 2.2 Klassifizierung der Strömungsphänomene 9
  • 2.2.1 Düseninnenströmung und Physik von Flüssigkeitsstrahlen 11
  • 2.2.2 Luftströmung um ein rotierendes Zahnrad 16
  • 2.2.3 Flüssigkeitsstrahl unter aerodynamischer Last 18
  • 2.2.4 Strahlaufprall und Filmströmung 22
  • 2.3 Analytische Untersuchungen zur Ölstrahl-Zahnrad-Interaktion 23
  • 2.3.1 Ölstrahlkühlung von Zahnrädern 23
  • 2.3.2 Aufpralltiefe 29
  • 2.4 Experimentelle Untersuchungen zur Ölstrahl-Zahnrad-Interaktion 33
  • 2.5 Numerische Untersuchungen zur Ölstrahl-Zahnrad-Interaktion 36
  • 2.5.1 Simulationsmethoden für Mehrphasenströmungen 36
  • 2.5.2 Ölstrahl-Interaktion mit einzelnem Zahnrad 39
  • 2.5.3 Ölstrahl-Interaktion mit ineinandergreifenden Zahnrädern 40
  • 3 Zielsetzung 43
  • 4 Grundlagen der numerischen Methoden 45
  • 4.1 Mathematische Beschreibung von Mehrphasenströmungen 45
  • 4.1.1 Bilanzgleichungen 46
  • 4.1.2 Konstitutive Gleichungen 46
  • 4.1.3 Navier-Stokes-Gleichungen in Lagrange'scher Form 47
  • 4.2 Die Volume-of-Fluid-Methode 48
  • 4.2.1 Mathematisches Konzept 48
  • 4.2.2 Adaptive Netzverfeinerung 51
  • 4.2.3 Rechengebietsdeformation 52
  • 4.3 Die Smoothed-Particle-Hydrodynamics-Methode 55
  • 4.3.1 ITS-SPH-Code 57
  • 4.3.2 Mathematisches Konzept 58
  • 4.3.3 Zweiphasige Formulierung (TPSPH) 61
  • 4.3.4 Einphasige Formulierung (SPSPH) 65
  • 4.3.5 Randbedingungen 66
  • 5 Modellbildung zur Simulation der Ölstrahl-Zahnrad-Interaktion 71
  • 5.1 Referenzkonfiguration und numerisches Modell 71
  • 5.1.1 Geometrie- und Betriebsparameter 71
  • xii Inhaltsverzeichnis
  • 5.1.2 Rechengebiet, Modellanforderungen und Randbedingungen 74
  • 5.2 Vergleich zwischen der VOF- und SPH-Methode 80
  • 5.2.1 Zweidimensionale Modellierung 80
  • 5.2.2 Dreidimensionale Modellierung 93
  • 5.3 Zusammenfassung und Methodenauswahl 105
  • 6 Simulation der Ölstrahl-Interaktion mit einzelnem Zahnrad 107
  • 6.1 Simulationsstudie 107
  • 6.1.1 Basiskonfiguration - Geometrie- und Betriebsparameter 107
  • 6.1.2 Numerisches Simulationsmodell 108
  • 6.1.3 Versuchsplanung 110
  • 6.2 Analyse der Simulationsdaten 114
  • 6.2.1 Bestimmung der Aufpralltiefe 114
  • 6.2.2 Bestimmung der Eindringtiefe 115
  • 6.2.3 Bestimmung der Ölfilmdynamik 115
  • 6.3 Einflüsse veränderter Betriebsparameter 116
  • 6.3.1 Vorhersage der Aufprall- und Eindringtiefe 117
  • 6.3.2 Vorhersage der Benetzungsfläche 120
  • 6.3.3 Statistische Analyse und Fazit 124
  • 6.4 Ableitung empirischer Berechnungsansätze 126
  • 7 Simulation der Ölstrahl-Interaktion mit ineinandergreifenden Zahnrädern 129
  • 7.1 Simulationsstudie 129
  • 7.1.1 Geometrie- und Betriebsparameter 129
  • 7.1.2 Numerisches Simulationsmodell 131
  • 7.2 Vorhersage der Ölzuführung in den beginnenden Eingriff 133
  • 7.3 Vorhersage der Ölzuführung in den auslaufenden Eingriff 135
  • 7.4 Fazit 136
  • 8 Zusammenfassung und Ausblick 137
  • Literatur 139
  • Mitbetreute studentische Arbeiten 155
  • Eigene Veröffentlichungen 157
  • Anhang 161
  • A.1 Erweiterung des vektoriellen Modells zur Bestimmung der Aufpralltiefe 162
  • A.2 Winkeldefinitionen des kinematischen Modells zur Bestimmung der Aufpralltiefe163
  • A.3 Dynamischer Lastverteilungsalgorithmus für den ITS-SPH-Code 164
  • A.4 Einfluss der Partikelgröße bei 3D-Simulationen mittels der SPSPH-Methode 169
  • A.5 Rechenaufwand für die Simulationsstudien zur ÖZI 170
  • A.6 Visualisierung der Simulationen zur Ölstrahl-Interaktion mit einzelnem Zahnrad 171
  • A.7 Korrelation der Betriebsparameter mit den Auswertemetriken bei der Simulationsstudie zur Ölstrahl-Interaktion mit einzelnem Zahnrad 182
  • Lebenslauf 183.

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