LEHRSTUHL FÜR

TECHNISCHE THERMODYNAMIK

Kurzfassung

Zur Abkühlung von Werkstoffen wird in vielen technischen Bereichen Sprühkühlung verwendet. Dieses Verfahren zeichnet sich durch die lokal gezielte und definierte Aufbringung des Kühlmediums auf das Kühlgut aus. Bei der Verwendung der intermittierenden Sprühkühlung werden die Einstellmöglichkeiten des Wärmeübergangs im Bezug zur kontinuierlichen noch um die Parameter Injektionsdauer und -frequenz erweitert.

Bei dem Abkühlungsprozess von heißen Körpern werden unterschiedliche Siederegime des Kühlmediums, in Abhängigkeit der Oberflächentemperatur des Kühlgutes, mit jeweiligen spezifischen Wärmeübergangscharakteriken durchlaufen. In dieser Arbeit werden die Einflüsse der Betriebsparameter der intermittierenden Sprühkühlung auf den Wärmeübergang untersucht. Hierfür werden zwei Messverfahren zur Charakterisierung des Sprays und ein infrarotthermografische Methode zur Analyse des Wärmeübergangs verwendet. Die Tropfengeschwindigkeiten und -durchmesser werden mittels Phasen-Doppler-Anemometrie bestimmt. Mit Hilfe eines speziell konstruierten Segmentpatternators, der sich in der Anwendung als sehr vorteilhaft erwies, können die lokalen Massenbeaufschlagungsdichten ermittelt werden. Für die Bestimmung der Abkühlverläufe werden die Temperaturen des zu untersuchenden Kühlkörpers berührungslos auf der strahlabgewandten Seite mittels Infrarotthermografie gemessen. Die dabei ermittelten Temperaturfelder dienen als Eingangsgröße zur Berechnung der Wärmestromdichte und des Wärmeübergangskoeffizienten auf der wasserbeaufschlagten Seite des Kühlgutes. Für die Auswertung wird eine inverse Routine erstellt und getestet.

In den Untersuchungen kommt ein moderner Benzindirekteinspritzinjektor (Bosch HDEV 5) unter Verwendung von Wasser als Kühlmittel zum Einsatz. Die Ergebnisse der Spraycharakterisierung zeigen im untersuchten Parameterbereich kaum Einfluss der Betriebsparameter auf die Tropfengröße. Die ermittelten Massenbeaufschlagungsdichten der Patternatormessungen werden mit den ausgewerteten Messungen zum Wärmeübergang verknüpft und korreliert. Der Einfluss der Impulsdauer, des Abstandes zwischen Düse und Kühlgut, des Injektionsdruckes und der Massenbeaufschlagungsdichte auf den Wärmeübergang wird in den verschiedenen Siedebereichen analysiert. Für eine Abgrenzung der Siederegime wird die Leidenfrosttemperatur ermittelt.

Wechsel zu

FEV GmbH, Aachen