In der vorliegenden Arbeit wird das Mischungsverhalten von Abgassystemen mit integriertem Blütenmischer numerisch untersucht. Zum Einsatz kommen dabei Verfahren und Ansätze, die eine Verbesserung der Beschreibung anisothermer Phänomene berücksichtigen. Die Implementierung der Modelle erfolgte in den Open Source Strömungslöser OpenFOAM, mit welchem auch die Großzahl der Berechnungen durchgeführt wurden. Bei den bisher gängigen Reynolds bzw. Farve gemittelten Berechnungsverfahren spielt die Fluktuation von Dichte und Temperatur praktisch keine Rolle. Diese Schwankungsgrößen können aber vor allem bei stark anisothermen Strömungen einen entscheidenden Einfluss haben und auf die Entstehung und Evolution von Turbulenz und somit auch auf das Strömungsbild einwirken. Durch ein Temperaturkorrekturverfahren wird dieser Einfluss nachmodelliert indem in Bereichen großer Totaltemperaturgradienten die turbulente Viskosität und somit die Ausmischung in der anisothermen Scherschicht erhöht wird. Die höhere Mischungsrate zwischen Bypass- und Kernstrom wirkt sich aber auch auf das Leistungsverhalten der Düse aus. So wurde dargestellt, dass die größere Ausmischung der beiden Ströme und somit eine homogenere Temperaturverteilung am Düsenausgang, zu einem Anstieg des Geschwindigkeitskoeffizienten führt. Gleichzeitig nimmt der Wert des Durchflusskoeffizienten aufgrund von auftretenden Verlusten ab. Vergleicht man die Leistungsdaten mit experimentell ermittelten Absolutwerten liegen die Koeffizienten tendenziell etwas unterhalb der Messungen. Allerdings wird durch das Temperaturkorrekturverfahren der qualitative Verlauf der Kurven besser wiedergegeben. Des Weiteren wurde der bisher gängige turbulente Prandtlzahlansatz durch ein differentielles Modell zur Berechnung des turbulenten Wärmestroms ersetzt. Mit diesem Verfahren ist eine Bestimmung und Festlegung einer turbulenten Prandtlzahl nicht mehr nötig. Außerdem können dadurch auftretende physikalische Phänomene besser beschrieben werden. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass das differentielle Verfahren lokal differenzierter mischt als das turbulente Prandtlzahlmodell. So erhöht sich bei diesem Ansatz folgerichtig die thermische Mischung in stark turbulenten dreidimensionalen Gebieten gegenüber Bereichen im Strömungsfeld, wo eine eher zweidimensionale und geschichtet verlaufende Düsenströmung vorherrscht. Allerdings wurde beobachtet, dass die Konvergenz dieses Ansatzes ist im Vergleich zum algebraischen Prandtlzahlansatz leicht schlechter ist und es wurde eine erhöhte Totalenthalpieflussdifferenz zwischen den Ein- und Auslassflächen festgestellt. Ursache könnte die geringfügig stärkere Aufheizung der Wandgrenzschicht beim differentiellen Modell sein. Der festgestellte leichte Versatz der Leistungskurven von Geschwindigkeits- und Durchflusskoeffizient gegenüber dem turbulenten Prandtlzahlansatz könnte damit möglicherweise erklärt werden. In einem nächsten Schritt wurde eine Kombination des Temperaturkorrekturverfahrens mit der differenziellen Wärmestromberechnung ausgearbeitet. Zur Kalibrierung des Modells wurde auf gegebene Totaltemperaturmessungen zurückgegriffen. Obwohl mit dem neuen Modell die thermische Ausmischung deutlich gesteigert wurde, konnte die stark diffusive Totaltemperaturverteilung der Düsenströmung aus den Messungen nicht reproduziert werden. Allerdings zeigt ein Vergleich mit experimentellen Totaldruckmessungen, dass bereits bei den gängigen Standardmodellen diese Werte deutlich besser mit den Simulationsergebnissen korrelieren. Es muss deshalb gefolgert werden, dass eventuell auch die Totaltemperaturmessungen in Frage gestellt werden sollten. Abschließend wurde noch mit dem kommerziellen Strömungslöser FLUENT eine Parameteruntersuchung durchgeführt. In dieser wurde der Einfluss numerischer, geometrischer und physikalischer Größen untersucht.    «

In der vorliegenden Arbeit wird das Mischungsverhalten von Abgassystemen mit integriertem Blütenmischer numerisch untersucht. Zum Einsatz kommen dabei Verfahren und Ansätze, die eine Verbesserung der Beschreibung anisothermer Phänomene berücksichtigen. Die Implementierung der Modelle erfolgte in den Open Source Strömungslöser OpenFOAM, mit welchem auch die Großzahl der Berechnungen durchgeführt wurden. Bei den bisher gängigen Reynolds bzw. Farve gemittelten Berechnungsverfahren spielt die Fluktu...    »