Dr.-Ing. Stephanie Fest-Santini
Titel der Dissertation
Wärmeübergang bei der Sprühkühlung mit intermittierenden Sprays oberhalb der Leidenfrosttemperatur
Verteidigung am
22.10.2009,
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Gutachter
- Prof. Dr.-Ing. Jürgen Schmidt
- Prof. Dr.-Ing. Bernhard Weigand
Universität Stuttgart, Institut der Thermodynamik der Luft- und Raumfahrt
Kurzfassung
Die intermittierende Sprühkühlung hat sich als viel versprechendes Kühlkonzept mit verbesserter Prozesskon-trolle herauskristallisiert. Die guten Einstellmöglichkeiten des Wärmeübergangs bei den kontinuierlichen Sprays durch die Tropfenparameter und die Beaufschlagungsdichte werden bei der intermittierenden Betriebsweise über die zusätzlichen Parameter Impulsdauer und Frequenz noch erweitert. Da die Gesamtkühldauer eines Werkstückes ausgehend von entsprechend hohen Temperaturen wesentlich durch das Filmsiederegime und die Lage der Leidenfrosttemperatur bestimmt wird, werden in dieser Arbeit die Einflussparameter auf den Wärmeübergang bei der intermittierenden Sprühkühlung oberhalb der Leidenfrosttemperatur im Rahmen einer Grundlagen-untersuchung analysiert. Hierbei wird speziell der Einfluss der intermittierenden Betriebsparameter auf die genannten Größen durch den Einsatz von drei Messverfahren herausgearbeitet. Mittels eines Phasen-Doppler-Anemo-meters und eines Patternators wird die Ermittlung der Sprayparameter vorgenommen. Das komplementäre dritte Messverfahren, die Infrarotthermographie, ermöglicht die Aufzeichnung der transienten Temperaturen auf der strahlabgewandten trockenen Oberfläche der direkt elektrisch beheizten Testsektion als Sequenz von Einzelbildern. Die gewonnenen Temperaturfelder dienen als Eingangsgrößen zur Bestimmung der Verteilung des Wärmeübergangskoeffizienten. Für die Auswertung wurde eine kompakte Optimierungsroutine entwickelt und in Matlab implementiert. Die Einstellung von definierten Kühlbedingungen erfordert die genaue Kenntnis des Wärmeübergangskoeffizienten, welcher von der Beaufschla-gungsdichte, den intermittierenden Betriebsparametern (Impulsdauer und Frequenz), den Sprayparametern (Tropfengeschwindigkeit und -durchmesser) sowie von den Oberflächen- und Kühlmitteleigenschaften abhängt. Die Ergebnisse der Spraycharakterisierung zeigen, dass die intermittierenden Betriebsparameter keinen wesentlichen Einfluss auf die Tropfengröße- und Tropfengeschwindigkeitsverteilung besitzen. Der Einfluss der Impulsdauer, der Frequenz und der lokalen Beaufschlagungsdichte auf den Wärmeübergang im stabilen Filmsieden wird bei Konstanz der Tropfenparameter analysiert und die Lage der Leidenfrosttemperatur bestimmt. Hierzu werden die lokalen transienten Verläufe der Temperaturen und Wärmeübergangskoeffizienten herangezogen sowie geeignete mittlere Werte der beiden Größen definiert.
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Universität Bergamo, Italien