Synthetische Kraftstoffe, die aus regenerativen Quellen erzeugt werden, eignen sich zur Reduktion der emittierten Treibhausgase und ermöglichen gleichzeitig ein nachhaltiges Mobilitätskonzept basierend auf etablierten Verbrennungsmotoren und einer bestehenden Infrastruktur. Eine damit verbundene Effizienzsteigerung der Antriebs- und Einspritzsysteme kann mit dem Auftreten von Kavitation und Erosion einhergehen. Ziel der Arbeit ist die Untersuchung von Kavitation und Erosion in Mikrokanälen, deren Größe realen Einspritzsystemen nachempfunden ist. Dadurch lassen sich die gewonnenen Ergebnisse leichter auf potenziell gefährdete Bauteile des Einspritzsystems übertragen. Bei vergangenen Untersuchungen hydrodynamischer Kavitation und Erosion wurde zumeist Wasser bei geringen Drücken verwendet, wodurch die Übertragbarkeit auf Kraftstoffeinspritzsystem erschwert ist. Daher wurde für diese Arbeit ein Prüfstand entwickelt, der höhere Vordrücke von bis zu 800 bar unter Verwendungen von Kraftstoffen wie Diesel, Prüföl ISO 4113, Dodekan, OME, R33 Diesel und GTL Diesel erreichen kann. Für die experimentellen Untersuchungen werden optische Messmethoden eingesetzt und die zugehörigen Auswerteverfahren entwickelt. Mit dem Schattenverfahren kann die Kavitationsausdehnung und die auftretende Erosion der Kanalwände in Abhängigkeit der Randbedingungen wie Druck und Temperatur quantifiziert werden. Die Hochgeschwindigkeitsvisualisierung wird eingesetzt, um Informationen über die Kavitationsdynamik, die vorherrschenden Wolkenablösemechanismen sowie die Größenverteilung der abgelösten Kavitationswolken zu gewinnen. Die lokale Temperaturverteilung der kavitierenden Strömung wird mit Hilfe der Infrarot-Thermographie erfasst, um thermische Effekte zu quantifizieren und Korrelationen zur Kavitationsausdehnung und auftretenden Erosion zu finden. Um ein detaillierteres Bild über lokale Strömungsgrößen zu erhalten, werden die zumeist optischen Messergebnisse durch Berechnungen mit geeigneten numerischen Modellen ergänzt. In dieser Arbeit wird der Durchfluss und die Kavitationsausdehnung in Mikrokanälen mit unterschiedlichen Längen, Konizitäten und Einlaufradien systematisch untersucht und die Einflussgrößen hinsichtlich ihrer Signifikanz eingeordnet. Messungen zeigen den Einfluss der Kavitationsausdehnung auf die Kavitationsdynamik und auf potenzielle Erosionsschäden im Kanal. Mit Hilfe der Hochgeschwindigkeitsvisualisierung kann der stromaufwärts gerichtete Flüssigkeitsstrahl als dominanter Mechanismus bei partieller Kavitation für die Wolkenablösung identifiziert werden. Die Erosionsintensität wird in Abhängigkeit von Vordruck, Kavitationszahl und Temperatur für unterschiedliche Kraftstoffe ermittelt. Dabei ergibt sich eine typische exponentielle Abhängigkeit der Erosionsrate vom Raildruck. Daneben wird der Erosionsbeginn untersucht, wobei festgestellt wird, dass für die gewählte Kavitationszahl Erosion am Kanalauslass beginnt, was zu einer anfänglichen Verringerung der Rauheit führt. Die Auswertung der Erosionsintensität deutet auf eine Temperatur maximaler Erosion für die untersuchten Kraftstoffe hin. Eine Untersuchung der Wolkengrößenverteilung zeigt eine Abnahme der maximalen Wolkengröße für hohe Kraftstofftemperaturen, wodurch das Erosionspotenzial sinkt. Die temperaturabhängige Erosionsintensität lässt sich mit Hilfe der Rayleigh-Plesset Gleichung teilweise reproduzieren, was darauf hindeutet, dass thermische Effekte für den gemessenen Rückgang der Erosionsintensität bei hohen Temperaturen verantwortlich sind.    «

Synthetische Kraftstoffe, die aus regenerativen Quellen erzeugt werden, eignen sich zur Reduktion der emittierten Treibhausgase und ermöglichen gleichzeitig ein nachhaltiges Mobilitätskonzept basierend auf etablierten Verbrennungsmotoren und einer bestehenden Infrastruktur. Eine damit verbundene Effizienzsteigerung der Antriebs- und Einspritzsysteme kann mit dem Auftreten von Kavitation und Erosion einhergehen. Ziel der Arbeit ist die Untersuchung von Kavitation und Erosion in Mikrokanälen, dere...    »