Numerische Simulation des Tropfenaufpralls Numerische Untersuchung des Tropfenaufpralls bei hohen Weberzahlen auf trockene und benetzte Wände S. Bansmer, D. Burzynski, Institut für Strömungs- mechanik, Technische Universität Braunschweig Kurzgefasst • Numerische Simulationen von Tropfenaufprall- vorgängen und Untersuchung der resultierenden Phänomene wie beispielsweise Lamellen- und Se- kundärtropfenbildung • Erarbeitung eines besseren Verständnisses der Physik des Tropfenaufpralls • Vergleich der numerischen Simulationen mit expe- rimentell gewonnenen Daten Der Tropfenaufprall bei hohen Weberzahlen hat weitreichende technische Bedeutung. So spielt er zum Beispiel bei der Vereisung von Flugzeugstruk- turen, der Sprühkühlung thermisch stark belasteter Bauteile und der Fahrzeugverschmutzung eine entscheidende Rolle [1]. Kennzeichnend für solche Aufprallphänomene ist die Bildung einer dünnen Flüssigkeitslamelle, die sich vom Aufprallpunkt radial ausbreitet und am oberen, freien Rand durch Instabilitäten zur Entstehung von Sekundärtropfen führt [2]. Um diesen Prozess besser vorhersagen und analysieren zu können, ist ein tiefergehendes Verständnis der dem Tropfenaufprall zugrunde liegenden Physik nötig. Daher werden im Rahmen des DFG-Projektes Experimentelle Untersuchung des Tropfenaufpralls bei hohen Weberzahlen auf trockene und benetzte Wände die auftretenden Phänomene qualitativ und quantitativ untersucht. Dabei steht ein Schwungradversuch (siehe Abb.3) zur Verfügung, der die Untersuchung hoher We- berzahlen ermöglicht. Besonderheit ist, dass die rotierende Aufprallfläche mit einem Wasserfilm benetzt werden kann [3]. Die Lamelle breitet sich dann asymmetrisch aus, siehe auch Abbildung 2. Zur numerischen Simulation wird auf die CFD- Toolbox OpenFOAM zurückgegriffen, welche für inkompressible Zweiphasenströmungen den Strömungslöser interFoam und interDyMFoam zur Verfügung stellt. Dieser verwendet eine Volume-of- Fluid Methode, um die Phasengrenze abzubilden. Die Software wurde bereits zur Bearbeitung der Problemstellung verwendet [4] und getestet [5]. Die ersten Untersuchungen mit Hilfe einer adaptiven Netzverfeinerung zeigen, dass diese Methode für eine grobe Beschreibung der Kronengeometrie Abbildung 1: Charakteristische Kronenform beim Tropfenauf- prall: (1) Lamelle, (2) freier Rand der Krone, (3) ausgeworfene Sekundärtropfen [1]. bei hohen Weberzahlen geeignet ist. Der Vorteil der adaptiven Netzverfeinerung ist, dass die Grenzphase nur lokal verfeinert wird. Mit der numerischen Untersuchungen am HLRN wird der Tropfenaufprall auf verschiedenen Filmdicken und -geschwindigkeiten simuliert und mit experimentellen Datensätzen validiert. Die oben beschriebenen Lamellen, wie sie auch in Abb.1 zu sehen sind, haben im Vergleich zum Durchmesser des aufprallenden Tropfens nur eine sehr geringe Dicke. Zudem skaliert die Abbildung 2: Vergleich zwischen Experiment und numerischer Simulation. Aufprall auf benetzte Fläche: dimensionslose Zeit 1, dimensionslose Filmhöhe=0,05, We=2281 nii00115