Dr.-Ing. Dimitar Dontchev

Titel der Dissertation

Untersuchung inverser Probleme zur Bestimmung von Wärmeübergangskoeffizienten bei der Sprühkühlung

Verteidigung am

15.05.2007,
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

Gutachter

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Schmidt
Prof. Dr. rer. Nat. habil. Lutz Tobiska

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung des inversen Problems zur Bestimmung von Wärmeübergangskoeffizienten (WÜK) bei der Sprühkühlung. Die Bestimmung dieses Koeffizienten erfolgt vorwiegend experimentell, wobei unterschiedliche Methoden zur Anwendung gelangen. Eingesetzt werden beheizte Körper bzw. Bleche, die einseitig besprüht werden und für die die Oberflächentemperatur und die Wärmestromdichte der besprühten Seite zu bestimmen sind. Die Oberflächentemperatur ist dabei in der Regel nicht direkt der Messung zugänglich, so dass man zur Bestimmung der Oberflächentemperatur spezielle Auswerteroutinen benötigt. In dem betrachteten Verfahren wird die Temperatur der nicht besprühten Seite mittels Infrarotthermographie gemessen. Diese Methode bietet die Möglichkeit, Temperaturfelder berührungslos, rückwirkungsfrei und ohne zeitliche Verzögerung zu messen. Damit können lokale und zeitliche Unterschiede in den Wärmeübergangskoeffizienten, z. B. durch radiale Abhängigkeit der Wasserbeaufschlagungsdichte, erfasst werden. Für die Versuchsauswertung ist ein inverses Problem zu lösen. Nach Vergleich unterschiedlicher inverser Lösungsmethoden wird sich für eine „sequential function specification method“ (FSM) entschieden. Die Methode wird an das untersuchte Problem mit stark nichtlinearen Änderungen des WÜK in Abhängigkeit des Ortes und der Temperatur angepasst und ein entsprechendes numerisches Lösungsverfahren wird implementiert. Besondere Aufmerksamkeit wird dabei der Bestimmung der Sensitivitätskoeffizienten gewidmet. Im Sinne numerischer Experimente werden Simulationsrechnungen für die stationäre und die instationäre Bestimmungsmethode des Wärmeübergangskoeffizienten durchgeführt. Ausgehend von der Ableitung dimensionsloser Einflussgrößen werden die Versuchsbedingungen variiert, um deren Einfluss auf die Genauigkeit der invers bestimmten WÜK zu ermitteln, wobei gleichzeitig ein Vergleich mit vereinfachten Auswertemethoden vorgenommen wird. Speziell untersucht wird das Problem des Wanderns der Benetzungsfront beim Übergang vom Filmsieden oberhalb der Leidenfrosttemperatur zum Blasensieden. Im Ergebnis der Simulationsrechnungen und des Vergleiches unterschiedlicher Auswertemethoden werden Empfehlungen für eine effiziente Versuchsauswertung unter Berücksichtigung von Aufwand und Nutzen gegeben. Gleichzeitig werden wichtige Erkenntnisse für die Verbesserung des Versuchsaufbaus und der Versuchsdurchführung mitgeteilt.

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