Numerische Simulation turbulenter Strömungen in Abgassensoren anhand einer Zylinderstumpfumströmung

In dieser Arbeit wird für die zukünftige numerische Simulation von Abgassensoren eine wirtschaftlich umsetzbare Berechnungsvorschrift mit sicherer Vorhersagegüte erarbeitet. Diese wird aus Reynolds-Averaged Navier-Stokes Simulationen und Large Eddy Simulationen auf Basis DGSEM einer bereits aus der Literatur bekannten, experimentell untersuchten turbulenten Zylinderstumpfumströmung gewonnen. Die Zylinderstumpfumströmung wird an dieser Stelle als Analogiemodell für die Sondenströmung herangezogen und für die Bewertung der beiden Simulationsmethoden genutzt. Bei dieser Bewertung werden die entsprechenden Simulationsergebnisse nicht nur mit den in der Literatur ausgewiesenen Messdaten validiert, sondern auch auf die bei Zylinderstumpfumströmungen bekannten Strömungsphänomene hin untersucht. Diese Untersuchungen liefern neue Erkenntnisse zu bisher nicht vollständig durchdrungenen Strömungsphänomenen am Zylinderstumpf. Dazu gehören insbesondere die vom Zylindermantel abgehenden Basiswirbel oder die selten beobachteten Tornadowirbel am freien Zylinderende. Darüber hinaus kann der Turbulenzgrad als Stellgröße für ein Wiederanlegen der abgelösten Kopfüberströmung am freien Zylinderende gefunden werden.

Durch die Analogiebetrachtung können zuletzt die für den turbulent umströmten Zylinderstumpf gewonnenen Erkenntnisse auf die Strömung in Abgassensoren übertragen und für die komplexe Sondenströmung ein detailliertes Modell abgeleitet werden.