Mikro-Makro-Wechselwirkungen bei der Sprühkühlung
Im Rahmen des DFG Graduiertenkollegs 1554 „Mikro-Makro-Wechselwirkungen in strukturierten Medien und Partikelsystemen“ konzentrieren sich die eigenen Arbeiten auf das Teilthema „Metalle unter thermischen Lasten“ und bauen auf den Ergebnissen des Vorgängerkollegs 828 auf.
In den betrachteten Prozessen werden die mechanisch technologischen Eigenschaften der Materialien auf der Makroebene durch die Gefügeausbildung insbesondere in den oberflächennahen Schichten bestimmt. Die Erzielung definierter Eigenschaften setzt die Einhaltung bzw. Aufprägung geeigneter Kühlbedingungen voraus, wofür häufig die Sprühkühlung zum Einsatz kommt.
Im Fall der Sprühkühlung ist der lokale Wärmeübergang durch starke örtliche und zeitliche Änderungen in Abhängigkeit der Oberflächentemperatur und inVerbindung mit den Verteilungen von Tropfendurchmesser und -geschwindigkeit gekennzeichnet. Die Modellierung des Werkstückes/Werkstoffs auf Mikroebene erfordert in diesem Fall ebenfalls eine entsprechende Modellierung des Wärmeübergangs im Ergebnis der Interaktion von Einzeltropfen mit der Wand. Entwickelt wurde ein Modell für die Beschreibung des Wärmeübergangs in einem repräsentativen Volumenelement auf der Mikroebene für den Anwendungsfall dünner Sprays. Darauf aufbauend können Korrelationen für den Wärmeübergangskoeffizienten auf der Makroebene in Abhängigkeit der charakteristischen Sprayparameter abgeleitet werden.
Für die experimentelle Untersuchung des Einflusses von Tropfengeschwindigkeit und -durchmesser auf den Wärmeübergang wurde eine auf den Einsatz der Infrarotthermografie gestützte Messmethode entwickelt. Für die Spraycharakterisierung kommen Phasen-Doppler-Methoden sowie die Hochgeschwindigkeitsvideotechnik zum Einsatz.
Aktuell konzentrieren sich die Untersuchungen zum Wärmeübergang auf die Kühlwirkung intermittierender Sprays, für die die Messungen vom stabilen Filmsiedebereich in den Übergangssiedebereich ausgedehnt werden.
Nacheva, M.; Schmidt, J.: Micro modelling of the spray cooling of hot metal surfaces above the Leidenfrost Temperature. In: Proc. 10th Int. Congress on Liquid Atomization and Spray Systems ICLASS 2006, Kyoto, Japan, August 27 - September 1 (2006).
Nacheva, M.; Schmidt, J.: Micro Model for the Analysis of Spray Cooling heat Transfer - Influence of Droplet Parameters. Micro-Macro-Interactions in Structured Media and particle Systems. Springer-Verlag Berlin Heidelberg (2008), 159-172.
Fest, St.; Schmidt, J.: Heat transfer analysis of intermittent sprays above the Leidenfrost point using PDA and infrared measurements. 7th International Symposium on Heat Transfer, October 26-29, Beijing, China (2008), 6 Seiten.
Fest-Santini, St.; Schmidt, J.: Effect of Injection Frequency and Pulse Duration on Intermittent Spray Cooling above the Leidenfrost Point. DIPSI workshop 2010 on Droplet Impact Phenomena & Spray Investigation, May 28, 2010, Bergamo, Italy, 6 pages.