Numerische Untersuchung von Wasserstoff Einspritzung

Numerical investigation of hydrogen injection

Masterthesis

In Zukunft wird Wasserstoff eine immer größere Rolle für unsere Wirtschaft spielen. Aufgrund der niedrigen Dichte wird Wasserstoff im Falle von Verbrennung mit sehr hohem Druck in Brennkammern eingedüst werden müssen, um die nötigen Massenströme bereitstellen zu können

Hierbei kommt es zur Bildung eines unterexpandierten Freistrahls. Solche Freistrahlen treten auch bei etwaigen Leckagen von Leitungen auf, weshalb deren Verständnis relevant für Sicherheitsbetrachtungen von Wasserstoffanwendungen ist.

Für die korrekte Abbildung der Jets müssen jedoch kompressible Effekte und je nach Druckniveau und Temperatur auch Realgas Effekte berücksichtigt werden.

Um diese abzubilden wurde das OpenFOAM Framework des Institutes kürzlich um einen dichtebasierten Löser erweitert. Mit diesem soll ein solcher unterexpandierter Freistrahl simuliert werden. Die Ergebnisse der Simulationen sind gegen bereits vorhandene Referenzfälle aus der Literatur zu vergleichen. Nach erfolgreicher Validierung soll der Einfluss verschiedener Parameter oder physikalischer Effekte auf die Mischung zwischen Wasserstoff Freistrahl und Umgebung untersucht werden.

Als numerische Löser wird ein Dichtebasierter Löser im OpenFOAM Framework des Institutes verwendet. Am CFD-Code selber müssen keine Veränderungen vorgenommen werden, aber die Auswertung der Ergebnisse erfordert Kenntnisse in einer Programmiersprache (z.B. Python, Julia, Matlab). Die Abschlussarbeit soll auf Englisch verfasst werden.

Voraussetzungen:

Interesse an CFD
Grundkenntnisse kompressibler Strömungen
Erfahrungen in Python/Julia/Matlab

Vorteilhaft:

Erfahrungen mit OpenFoam
Erfahrungen mit Linux