Im Rahmen dieser Arbeit wurden Hochgeschwindigkeits-Schlierenmessungen der transienten Eindringtiefe von turbulenten Gas-Freistrahlen durchgeführt. Dabei wurde das Druckverhältnis so variiert, dass Unterschall-, Überschall- und unterexpandierte Freistrahlen untersucht werden konnten, wie sie bei der Saugrohr- oder Direkteinblasung des Kraftstoffes in Gasmotoren auftreten. Es wurde eine neue Korrelation für die gemessenen Eindringtiefen entwickelt, die für einen großen Bereich von Injektions- zu Umgebungsgas- Dichteverhältnissen gültig ist. Die neue Korrelation wurde mit experimentellen Daten, die in der Literatur verfügbar waren, überprüft. Für all diese Experimente liegen die normierten Eindringkurven mit der neuen Korrelation näher zusammen, als mit den bisher verfügbaren Korrelationen. Für eine detaillierte Untersuchung der Gemischbildungsvorgänge in transienten Gas-Freistrahlen wurden phasengekoppelte Aufnahmen der Konzentrationsverteilung mit Hilfe von laserinduzierter Fluoreszenz durchgeführt. Es wurde der radiale und axiale Verlauf des Massenbruchs im Strahlkopf untersucht, sowie die Massenbruchfluktuationen. Zusätzlich wurden die Messdaten verwendet, um die Wahrscheinlichkeitsdichte des Massenbruchs im instationären Strahl zu bestimmen. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die gemessenen Verteilungsformen der Wahrscheinlichkeitsdichte mit hoher Genauigkeit durch Beta-Funktionen approximiert werden können. Um Gemischbildungsvorgänge in einem einzelnen Einblasvorgang untersuchen zu können, wurde ein Hochgeschwindigkeits-Messsystem entwickelt, mit dem laserinduzierte Fluoreszenzaufnahmen mit einer Aufnahmefrequenz von 10 kHz durchgeführt werden können. Hierbei wurde der für Freistrahluntersuchungen bisher noch nicht verwendete Tracer Fluorketon verwendet, der für die gegebenen Randbedingungen eine zweifach höhere Signalintensität, als das bisher häufig verwendete Diacetyl, ermöglicht. Dabei konnte eine Analyse von einzelnen Strukturen im Freistrahl, sowie von Wirbelbewegungen am Strahlrand und Strahlkopf durchgeführt werden. Außerdem konnten einzelne, während eines Injektionsvorgangs auftretende, Molenbruch-Pulsationen sichtbar gemacht werden. Eine weitere Besonderheit stellte die Bestimmung der instationären Fluktuationen im Strahlkopf dar, bei der statistisch aussagekräftige Mittelwerte, sowie hochaufgelöste Einzelaufnahmen in zeitlicher Abfolge benötigt werden. Um die CFD-Simulation von Gas-Injektionsvorgängen mit den in den Experimenten verwendeten Randbedingungen durchführen zu können, wurde ein Rechennetz generiert, mit dem der instationäre Nadelhub im Injektor, die Injektorinnenströmung, sowie die transienten Ausbreitungsvorgänge des Freistrahls in der Mischkammer berücksichtigt werden können. Damit war es möglich, die Entwicklung der mit der Schlierenmethode gemessenen Eindringtiefe für Unterschall-, Überschall- und stark unterexpandierte Freistrahlen genau nachzubilden. Um die mit der Schlierenmethode experimentell bestimmte Korrelation für die Eindringtiefe zu überprüfen, wurde eine entsprechende Normierung der simulierten Eindringtiefen durchgeführt. Die normierten Kurven der Eindringtiefe bilden, wie bei den Experimenten, übereinanderliegende Geraden mit einer Steigung von 2,8. Dadurch kann die experimentell gefundene Korrelation zusätzlich über die Simulationsergebnisse bestätigt werden.    «

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Hochgeschwindigkeits-Schlierenmessungen der transienten Eindringtiefe von turbulenten Gas-Freistrahlen durchgeführt. Dabei wurde das Druckverhältnis so variiert, dass Unterschall-, Überschall- und unterexpandierte Freistrahlen untersucht werden konnten, wie sie bei der Saugrohr- oder Direkteinblasung des Kraftstoffes in Gasmotoren auftreten. Es wurde eine neue Korrelation für die gemessenen Eindringtiefen entwickelt, die für einen großen Bereich von Injektions- zu...    »