Pisaroiden hajoamismallin soveltaminen polttoainesuihkun virtauslaskennassa

Työssä sisällytettiin uusi pisaroiden hajoamismalli virtauslaskentaohjelmaan ja uuden mallin avulla simuloitiin erilaisia dieselsuihkuja höyrystymättömissä olosuhteissa. Tavoitteena oli sisällyttää ohjelmaan hajoamismalli, jonka avulla dieselsuihku saadaan kuvattua entistä tarkemmin dieselprosessia simuloitaessa. Työssä käytettiin Star-CD- virtauslaskentaohjelmaa. Työn kirjallisuusosassa on tarkasteltu nestesuihkuun liittyviä ilmiöitä sekä niiden laskentaan käytettyjä yhtälöitä ja menetelmiä. Nestesuihkun hajoaminen erityisesti pisaroiden hajoamisen osalta sekä nestesuihkun virtauslaskenta työssä käytetyllä menetelmällä on esitetty. Työssä sisällytetty yhdistetty Kelvin-Helmholtz ja Rayleigh-Taylor -malli eli KH-RTmalli kuvaa pisaroiden hajoamista aerodynaamisten voimien vaikutuksesta. Mallin RT-moodilla kuvataan suurille pisaroille tyypillinen katastrofinen hajoaminen ja KH-moodilla pienemmille pisaroille tyypillinen pintahajoaminen. KH-RT-malli ja sen implementoinnin yksityiskohdat, kuten myös mallin kuvaamien KH- ja RT-epästabiiliuksien matemaattinen perusta, on esitetty. Simuloituja tuloksia verrattiin kokeellisiin mittaustuloksiin sekä ohjelman alkuperäisen mallin avulla simuloituihin tuloksiin. Vertailuarvoja olivat pisaroiden kokojakauma, suihkun tunkeuma sekä suihkun muoto eri ajan hetkillä. Myös mallin herkkyyttä tutkittiin käyttämällä eripituisia aika-askeleita ja erilaisia laskentahiloja. Tulosten perusteella mallin parametreille etsittiin sopivat arvot. Uusi malli saatiin toimimaan ohjelmassa ongelmitta. Mallin avulla saatiin ennustettua pisaroiden keskikoko suuttimen lähellä aikaisempaa merkittävästi tarkemmin, jos suuttimessa tapahtuvaa atomisaatiota ei otettu laskennassa huomioon. Atomisaatiota kuvaavaa mallia käytettäessä erot mallien välillä olivat kaikkien vertailuarvojen osalta pieniä. KH-RT-mallin tarkkuuden tuomaa etua pienensivät mm. laskentamenetelmän hilariippuvuus ja pisaroiden törmäysmallin ennustama liian voimakas pisaroiden yhteensulautuminen. Mallin RT-moodi ei toiminut riittävän hyvin tapauksissa, joissa nesteen tilavuusosuus suuttimen lähellä kasvoi suureksi. RT-moodin korvaaminen atomisaatiomallilla osoittautui kuitenkin toimivaksi vaihtoehdoksi