OME sind organische, synthetische, dieselähnliche Kraftstoffe mit guten Selbstzündungseigenschaften und geringer Rußneigung. Da sich ihre physikalischen Eigenschaften von denen herkömmlicher Dieselkraftstoffe unterscheiden, können Standardmethoden zur Spraysimulation bei der Einspritzentwicklung nicht verwendet werden.
Die numerischen Untersuchungen in dieser Arbeit basieren auf dreidimensionaler numerischer Strömungsmechanik (3D-CFD) mit dem kommerziellen Programm STAR-CD v2019.1 unter Verwendung eines Ansatzes mit Reynolds-gemittelten Navier-Stokes-Gleichungen (RANS). Die Brennstoffeigenschaften der Repräsentanten OME1 und OME3 sind in die Software implementiert und damit werden die Brennstoffe numerisch untersucht. Zur Validierung werden optische Versuchsergebnisse in einer beheizten Spraykammer mit inerter Stickstoff-Druckatmosphäre vorgestellt. Die Messdaten beruhen auf Mie-Streuung der flüssigen Phase und Schlieren-Abbildung der Dampfphase. Ausschließlich experimentelle Ergebnisse werden für OME1b und OME3-6 gezeigt, um zu beurteilen, ob die Erkenntnisse aus der numerischen Modellierung mit OME1 und OME3 auch auf die entsprechenden Mehrkomponenten-Kraftstoffe übertragen werden können. Während die Ergebnisse für eine Übereinstimmung zwischen OME3 und OME3-6 nahe beieinander liegen, übertrifft die Messung für OME1b das Ergebnis von OME1 bei der flüssigen Eindringtiefe deutlich. Dies erklärt sich durch die Molekülstruktur des schwerflüchtigen Additivs in OME1b, das auf langkettigen Polyglykolethern basiert. Für die numerisch modellierten Betriebsbedingungen wird die Einspritzrate mit dem entsprechenden Kraftstoff gemessen. In der Simulation werden zwei Ansätze zur Zerstäubung und zum Sprayaufbruch untersucht, basierend auf Reitz-Diwakar (RD)-Modellen und einer Kombination aus dem Huh'schen Zerstäubungsmodell und dem Kelvin-Helmholtz-Rayleigh-Taylor (KHRT)-Aufbruchsmodell. Eine ganzheitliche Parameterstudie in einem einzigen Betriebspunkt mit dem Kraftstoff OME1 hilft, die Empfindlichkeiten der Modelle zu bestimmen. Anpassungen des Strahlimpulses durch eine Variation des Düsenlochdurchmessers werden verwendet, um Ergebnisse zu erhalten, die eng mit den Messdaten übereinstimmen. Die Übertragung des kalibrierten RD-Modells auf eine Validierungsstudie mit OME3 bei verschiedenen Betriebsbedingungen stimmt gut mit den Messungen überein, ohne dass weitere Anpassungen erforderlich sind.