In der vorliegenden Arbeit werden das Strömungsfeld und das Temperaturfeld in hochgestreckten Kühlkanälen bei hohen Reynoldszahlen und bei einseitigem Wärmeeintrag charakterisiert. Die Parameter Volumenstrom, Fluidtemperatur und Wandtemperatur werden variiert und deren Einfluss auf die Strömung und das Temperaturfeld wird beschrieben.
Zuerst wird eine Einleitung in Kanalströmungen gegeben. In dem zweiten Abschnitt wird der verwendete Versuchsaufbau, der sehr hohe Reynoldszahlen und Wärmestromdichten erlaubt, beschrieben. Der dritte Abschnitt befasst sich mit der Vermessung des gemittelten Strömungsfeldes und von turbulenten Größen in dem Kanal. Die hauptsächlich verwendeten optischen, nicht-invasiven Messtechniken, wie Particle Image Velocimetry (PIV) und Particle Tracking Velocimetry (PTV), werden beschrieben. Anschließend werden die Messergebnisse diskutiert, beispielsweise die Sekundärströmungen und ihr Einfluss auf die Hauptströmungen sowie die Reynoldszahlabhängigkeit der normierten Normalspannungen.
Der vierte Abschnitt behandelt die Vermessung des Temperaturfeldes in dem Kanal mittels Laser Induzierte Fluoreszenz (LIF). Dabei wird die Farbstoffkombination Rhodamin B / Rhodamin 110 mit einem 532nm Laser als anregende Lichtquelle verwendet. Diese Messtechnik wird intensiv beschrieben und die Ergebnisse der Vermessung des Temperaturfeldes in dem Kanal, ohne und mit beheizter Wand, diskutiert. Es wird gezeigt, dass die hier verwendete Messtechnik aufgrund der verwendeten 2 Farbstoffe um den Faktor ~ 8 geringere Abweichung bei der Temperaturmessung im Vergleich zur 1 Farben Messtechnik, bedingt durch die Laserpulsvariationen, aufweist. Des Weiteren wird beispielsweise die mit steigender Wandtemperatur variierende Form der Temperaturgrenzschicht und ansteigende Länge der charakteristischen Strukturen aufgezeigt
Aktualisiert: 2022-12-31
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Für das Verständnis und die Optimierung technischer Strömungsprozesse mit heißen Gas-, Verbrennungs- und Zweiphasenströmungen sind valide Messungen der Strömungsfelder notwendig. Die Particle Image Velocimetry (PIV) ist die am häufigsten verwendete optische Strömungsfeldmessmethode, wobei die Bewegung von der Strömung folgenden Partikeln mittels Kamera gemessen wird. Bei der Anwendung von PIV innerhalb von heißen Gas-, Verbrennungs- und Zweiphasenströmungen treten jedoch störende Lichtbrechungen aufgrund inhomogener Brechungsindexfelder auf. Es entstehen im Allgemeinen unbekannte Messabweichungen. Inwieweit diese im Messunsicherheitsbudget relevant sind, wird anhand von Beispielströmungen geklärt.
Aktualisiert: 2022-01-12
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Die Auslegung der Rührtechnik in konventionellen Biogasanlagen beruht nach wie vor auf Erfahrungswerten und dem ”Trial and Error”-Prinzip. Dabei dienen Leistungseinträge oder die Rührwerksanzahl pro efiniertem Volumen als Auslegungskriterien. Häufig führt diese Auslegung allerdings zu unzureichenden Mischprozessen, oft kombiniert mit langen Rührzeiten und entsprechend hohem Energieaufwand. Das Anlagenpotential kann nicht ausgeschöpft werden. Hauptverantwortlich hierfür ist die mangelnde Kenntnis der komplexen strömungsmechanischen Vorgänge in nicht-Newtonschen, scherverdünnenden und hochviskosen Fermentersuspensionen, deren Verhalten sehr deutlich von dem der Newtonschen Fluide abweicht. Durch den Mischprozess und die damit verbundene mechanische Beanspruchung nimmt die Viskosität lokal ab. Die Reichweite des eingetragenen Impulses sinkt und es kann zu Kavernenbildung kommen.
Ziel dieser Arbeit war es, ein grundlegendes Verständnis der Rührprozesse zu erarbeiten, eine effektive Durchmischung einer Biogasanlage zu realisieren und Handlungsanweisungen für die Auslegung von effektiven Mischprozessen zu definieren.
Hierzu wurde im ersten Schritt die grundsätzliche Funktionsweise bereits eingesetzter und bestehender Systeme betrachtet, deren Geometrie zunächst unverändert übernommen wurde. Da besonders langsamlaufende Rührwerke im Vergleich zu schnelllaufenden Tauchmotorrührwerken eine höhere Energieeffizienz aufweisen, wurde der Fokus auf langsamlaufende Horizontalrührwerke gelegt. Klassische Horizontalrührwerke sind dabei Paddelrührwerke.
Die grundsätzliche Funktionsweise wurde in diesem Zusammenhang mit Hilfe von optischen Geschwindigkeitsmessungen im Modellmaßstab analysiert.
Aktualisiert: 2021-04-15
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Der Fahrzeugwindkanal gehört in der Automobilindustrie zu den teuersten und meistgenutzten Prüfständen, seine Strömungsvorgänge sind hochkomplex und teilweise immer noch unklar. Christoph Schönleber verbessert mit seiner Studie das grundlegende Verständnis der Strömungsvorgänge im Windkanal und gibt Empfehlungen, wie Fehlmessungen durch Anregung von Instabilitäten verhindert werden können. Für seine Untersuchungen hat er unterschiedliche messtechnische Werkzeuge und Methoden verknüpft und durch den Einsatz von numerischer Simulation bestätigt.
Aktualisiert: 2023-04-04
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Der Fahrzeugwindkanal gehört in der Automobilindustrie zu den teuersten und meistgenutzten Prüfständen, seine Strömungsvorgänge sind hochkomplex und teilweise immer noch unklar. Christoph Schönleber verbessert mit seiner Studie das grundlegende Verständnis der Strömungsvorgänge im Windkanal und gibt Empfehlungen, wie Fehlmessungen durch Anregung von Instabilitäten verhindert werden können. Für seine Untersuchungen hat er unterschiedliche messtechnische Werkzeuge und Methoden verknüpft und durch den Einsatz von numerischer Simulation bestätigt.
Aktualisiert: 2023-04-03
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The present study deals with the flow phenomenon Rotating Instability (RI), which is predominantly observed in axial compressors at off-design conditions e.g. near stall. It potentially induces noise and triggers blade vibrations. Despite numerous studies, the characteristics and the source of RI are not completely understood. Consequently, the prediction of RI for new machines is still not possible. However, for using Rotating Instability as a potential indicator for critical operating conditions or even for preventing the onset of RI, reliable detection of RI and better understanding about this phenomenon is essential.
The objective of this work is to identify and to visualize characteristic flow topology corresponding to RI by means of Stereo High-Speed Particle Image Velocimetry (PIV). The experimental investigations were carried out in an annular compressor cascade with and without hub clearance. By using combined correlation techniques the spectral characteristics, the spatial extension of the RI and the characteristic flow structures were identified and visualized in configurations with and without hub clearance. The investigations point out that the general flow mechanism of RI is similar in compressor cascades with and without hub clearance. Overall, this work gives important insights into the complex phenomenon Rotating Instability, which can be taken into account when developing compressors in the future.
Aktualisiert: 2022-12-31
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Der Rührvorgang ist ein essentieller Bestandteil von Biogasanlagen, da ein guter Methanertrag nur bei optimierter Durchmischung des Substrates erreicht werden kann. Michael Elfering untersucht stationäre und transiente Strömungsvorgänge in einem maßstäblich verkleinerten Modellfermenter bei verschiedenen Drehzahlen und Rührwerkslagen mittels optischer Messverfahren (Particle Image Velocimetry, PIV) und dem vektorbasierten Auswerteverfahren (Proper Orthogonal Decomposition, POD) mit dem Ziel optimaler Durchmischung. Um aus den Labormessungen Rückschlüsse auf reale Anlagen ziehen zu können, werden die scherverdünnende Viskosität des Fermentersubstrates und die Rührwerksdrehzahlen mittels Ähnlichkeitsgesetzen auf den Modellmaßstab übertragen. Die Messungen verdeutlichen das enorme Potential geeigneter Rührwerkslagen und -drehzahlen.
Aktualisiert: 2023-04-01
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Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung einer methodischen Vorgehensweise, die Einflussgrößen auf die Gemischbildung in einem direkteinblasenden Gasmotor zu bestimmen. Unter Anwendung dieser Methodik wurden Maßnahmen zur Optimierung der Gemischbildung definiert und untersucht.
Die Realisierung des im Rahmen dieser Arbeit angestrebten Schichtbrennverfahrens stellt die Gemischbildung vor Herausforderungen. So muss innerhalb kürzester Zeit eine gewisse Energiemenge in Form von Kraftstoff in den Brennraum eingebracht werden. Der gasförmige Kraftstoff muss so mit Luft vermischt werden, dass an der Zündkerze ein entzündbares Gemisch sichergestellt wird. Dies setzt voraus, dass die geometrische Stabilität der Einblasung gegeben ist und ein schneller Stofftransport stattfindet. Neben der Untersuchung der Interaktion von Gasfreistrahlen unter statischen Bedingungen an einer optisch zugänglichen Druckkammer wurde die Übertragbarkeit der dort gewonnen Ergebnisse an einem optisch zugänglichen Motor überprüft. Der Fokus lag dabei auf dem Einsatz optischer Messtechniken, die sich hinsichtlich der zu messenden Größe und des zu untersuchenden räumlichen Bereichs unterscheiden.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Der stetig steigende Weltenergiebedarf bei zeitgleicher Verknappung fossiler Ressourcen und immer strengeren Restriktionen zum Umweltschutz stellen Ingenieure bei der Entwicklung zukünftiger Technologien vor enorme Herausforderungen. Trotz zunehmender Bedeutung regenerativer Konzepte dominieren Verbrennungsprozesse weite Teile der Energiewandlung und das Transportwesen. Dieser Trend wird die kommenden Jahrzehnte andauern. Eine wichtige Rolle spielen dabei Gasturbinen aufgrund ihrer hohen Dynamik und Leistungsdichte. Um zukünftige Gasturbinen so effizient und emissionsarm wie möglich zu gestalten, werden neue Betriebskonzepte benötigt, wie beispielsweise Magerbrennverfahren. Für die erfolgreiche Umsetzung dieser Verbrennungskonzepte wird die Entwicklung und Adaption effektiver Filmkühlung als Schlüsselkomponente gesehen. Einen maßgeblichen Beitrag dazu liefert die grundlagenorientierte Verbrennungsforschung in Form von numerischen und experimentellen Studien. Für Letztere eignen sich insbesondere laserdiagnostische Methoden. Sie gelten als minimalinvasiv und bieten die Möglichkeit zur Umsetzung von zeit- und räumlich hochaufgelösten, simultanen Multiparametermessungen. Zur Betrachtung von Filmkühlprozessen, bei der Kühlluft mit den heißen Verbrennungsabgasen interagiert, sind vor allem die Größen Gasphasentemperatur und Strömungsgeschwindigkeit relevant. Zur simultanen Messung dieser Parameter eignet sich die Lasermesstechnik der Thermographic Particle Image Velocimetry, die auf in die Strömungen zugegebene Partikel aus thermographischem Phosphor angewendet wird. Die hier vorliegende Arbeit befasst sich mit der Anwendung und Weiterentwicklung der laserinduzierten Phosphorthermometrie für praxisrelevante Bedingungen.
Aktualisiert: 2018-08-06
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Der stetig steigende Weltenergiebedarf bei zeitgleicher Verknappung fossiler Ressourcen und immer strengeren Restriktionen zum Umweltschutz stellen Ingenieure bei der Entwicklung zukünftiger Technologien vor enorme Herausforderungen. Trotz zunehmender Bedeutung regenerativer Konzepte dominieren Verbrennungsprozesse weite Teile der Energiewandlung und das Transportwesen. Dieser Trend wird die kommenden Jahrzehnte andauern. Eine wichtige Rolle spielen dabei Gasturbinen aufgrund ihrer hohen Dynamik und Leistungsdichte. Um zukünftige Gasturbinen so effizient und emissionsarm wie möglich zu gestalten, werden neue Betriebskonzepte benötigt, wie beispielsweise Magerbrennverfahren. Für die erfolgreiche Umsetzung dieser Verbrennungskonzepte wird die Entwicklung und Adaption effektiver Filmkühlung als Schlüsselkomponente gesehen. Einen maßgeblichen Beitrag dazu liefert die grundlagenorientierte Verbrennungsforschung in Form von numerischen und experimentellen Studien. Für Letztere eignen sich insbesondere laserdiagnostische Methoden. Sie gelten als minimalinvasiv und bieten die Möglichkeit zur Umsetzung von zeit- und räumlich hochaufgelösten, simultanen Multiparametermessungen. Zur Betrachtung von Filmkühlprozessen, bei der Kühlluft mit den heißen Verbrennungsabgasen interagiert, sind vor allem die Größen Gasphasentemperatur und Strömungsgeschwindigkeit relevant. Zur simultanen Messung dieser Parameter eignet sich die Lasermesstechnik der Thermographic Particle Image Velocimetry, die auf in die Strömungen zugegebene Partikel aus thermographischem Phosphor angewendet wird. Die hier vorliegende Arbeit befasst sich mit der Anwendung und Weiterentwicklung der laserinduzierten Phosphorthermometrie für praxisrelevante Bedingungen.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Der Rührvorgang ist ein essentieller Bestandteil von Biogasanlagen, da ein guter Methanertrag nur bei optimierter Durchmischung des Substrates erreicht werden kann. Michael Elfering untersucht stationäre und transiente Strömungsvorgänge in einem maßstäblich verkleinerten Modellfermenter bei verschiedenen Drehzahlen und Rührwerkslagen mittels optischer Messverfahren (Particle Image Velocimetry, PIV) und dem vektorbasierten Auswerteverfahren (Proper Orthogonal Decomposition, POD) mit dem Ziel optimaler Durchmischung. Um aus den Labormessungen Rückschlüsse auf reale Anlagen ziehen zu können, werden die scherverdünnende Viskosität des Fermentersubstrates und die Rührwerksdrehzahlen mittels Ähnlichkeitsgesetzen auf den Modellmaßstab übertragen. Die Messungen verdeutlichen das enorme Potential geeigneter Rührwerkslagen und -drehzahlen.
Aktualisiert: 2023-04-03
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Wandgleiten im Allgemeinen und in Suspensionen ist ein bekanntes Phänomen, welches bis heute aufgrund seiner Komplexität nicht gänzlich verstanden ist. Fortschritte in der Messtechnik ermöglichen indes tiefere Einblicke und ein grundlegenderes Verständnis.
In dieser Arbeit wurde eine neue optische Methode entwickelt, um Strömungen von Suspensionen in mikroskaligen Bereichen sichtbar zu machen. Zu diesem Zweck wurden Mittel der Particle Image Velocimetry mit den Methoden der Speckle Velocimetry kombiniert. Durch die Einbringung einer lokalen Beleuchtung wurde das Signal-Rauschverhältnis bei der Strömungsmessung deutlich verbessert und bisher nicht mögliche Auflösungen erreicht. Um solch optische Strömungsmessungen durchführen zu können, war zunächst eine umfangreiche Untersuchung der optischen Eigenschaften der Ausgangsstoffe notwendig.
Mit der entwickelten Methode wurde die Strömung in einer rheometrischen Schlitzdüse mit hochgefüllten Suspensionen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Wandgleitgeschwindigkeit nicht, wie bisher zumeist beschrieben, linear von der Schubspannung abhängt. Vielmehr treten zwei Bereiche auf, in welchen unterschiedliche Abhängigkeiten dominieren. Darüber hinaus wurde deutlich, dass Wandgleiten über den optischen Weg wesentlich zuverlässiger untersucht werden kann, als mit klassischen Methoden. Abschließend wird eine komplett neuartige Methode vorgestellt, um die Konzentrationsverteilung aus der lokalen Viskositätsverteilung zu ermitteln.
Aktualisiert: 2020-12-08
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Elektrokinetische Effekte lassen sich dazu nutzen, Flüssigkeiten und Partikel in Mikrokanälen zu pumpen oder zu transportieren. Ermöglicht wird dies durch eine inhomogenen Ladungsverteilung nahe der Fest-Flüssig-Phasengrenze (Kanalwand), welche als elektrische Doppelschicht bezeichnet wird. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes wirken in dieser Schicht elektrische Kräfte, die elektrokinetische Effekte wie Elektroosmose und Elektrophorese hervorrufen.
Typischerweise werden die elektrischen Felder durch externe Elektroden erzeugt, welche sich außerhalb des Kanals befinden. In der vorliegenden Arbeit hingegen werden Strömungen untersucht, welche durch interne, auf die Kanalwände aufgebrachte Elektroden erzeugt werden.
Die experimentellen Untersuchungen erfolgen mit Hilfe des µPIV-Verfahrens. Bei diesem Verfahren werden kleine Partikeln dazu verwendet, die Strömung sichtbar zu machen, sodass aus der Partikelbewegung auf die Strömung des Fluids geschloss
en werden kann. Kritisch ist hierbei, dass durch das elektrische Feld auch elektrische Kräfte auf die Partikel wirken. Dadurch wird die Partikelbewegung sowohl durch Strömungskräfte als auch durch elektrische Kräfte verursacht. Das mittels µPIV bestimmte Geschwindigkeitsfeld entspricht deshalb nicht mehr dem Geschwindigkeitsfeld des Fluids.
Um das Verhalten der Partikel als Folge der elektroosmotischen Strömung und der elektrophoretischen Kräfte besser zu verstehen, werden numerische Berechnungen durchgeführt. Die elektroosmotische Strömung wird auf Basis des Hydrid-Modells und die Partikelbewegung über einen Lagrange-Ansatz berechnet. Aus den Erkenntnissen der numerischen Berechnungen werden verschiedene Strategien entwickelt, die es ermöglichen die reine elektroosmotische Strömung der Flüssigkeit zu extrahieren.
Aktualisiert: 2020-12-08
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In vielen technischen Anwendungen wie Verbrennungsmotoren oder Gasturbinenbrennkammern findet eine Interaktion zwischen Flamme und Brennraumwänden statt. In diesen Bereichen kann es durch einen starken Enthalpieentzug in der Flamme zu einer unvollständigen Verbrennung mit einer erhöhten Schadstoffbildung und verringerter Effizienz kommen. Ein vollständiges Verständnis der dabei ablaufenden Flamme-Wand-Interaktion (FWI) ist bis heute nicht gegeben und somit Gegenstand der aktuellen Forschung.
Im Rahmen dieser Arbeit werden deshalb die der FWI zugrunde liegenden Prozesse untersucht. Dabei kommen zwei generische Brenneraufbauten mit definierten und kontrollierten Randbedingungen zum Einsatz. Diese bilden die beiden Grundformen des senkrechten und parallelen Flammenverlöschens der FWI ab. Zur Untersuchung werden modernste laserdiagnostische Verfahren verwendet und an die speziellen Gegebenheiten von wandnahen reagierenden Strömungen angepasst. Der Fokus liegt dabei auf einer nicht-intrusiven Messung von Strukturen mit kleinsten Zeit- und Längenskalen. Ziel der Arbeit ist es neben dem Erlangen eines tieferen Verständnisses der zugrunde liegenden Prozesse, eine Datenbasis für die Validierung von numerischen Modellen zu schaffen.
Aktualisiert: 2023-03-27
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Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Einflussnahme auf das aerodynamische Verhalten eines Verdichterrotors für Luftfahrtantriebe oder Gasturbinen durch passive Strukturen in der Gehäusewand.
Vielversprechende Vertreter von Gehäusestrukturierungen wurden experimentell untersucht, um das grundlegende Verständnis der Wirkungsweise zu erweitern. Durch verschiedene instationäre Messverfahren konnten Strömungsmuster im kritischen Rotorbereich aufgelöst werden.
Es kann gezeigt werden, dass durch den Einsatz umfangsdiskreter Strukturen, die Fluid aus dem stromab liegenden Teil des Rotors entnehmen und stromauf injizieren, signifikanter Einfluss auf die Wirbelsysteme im Blattspitzenbereich genommen wird. Zudem wird ersichtlich, dass verschiedene Gestaltungsformen von Gehäusestrukturen eine vergleichbare globale Auswirkung auf die Verdichterstufe bewirken, diese jedoch auf unterschiedlichen Wirkprinzipien beruht.
Im Vergleich zur Referenzkonfiguration mit glatter Gehäusewand kann die Unterdrückung des Spaltwirbelzusammenbruchs an der Stabilitätsgrenze beobachtet werden.
Die Messungen wurden am transsonischen Verdichterprüfstand des Fachgebiets Gasturbinen, Luft-und Raumfahrtantriebe der Technischen Universität Darmstadt durchgeführt. Als Versuchsträger dient eine Verdichterstufe mit Vorleitrad, die repräsentativ für eine Frontstufe eines modernen Hochdruckverdichters ist.
Aktualisiert: 2019-12-12
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In technischen Verbrennungsprozessen spielt die Interaktion der Flamme mit dem turbulenten Strömungsfeld eine entscheidende Rolle für Stabilität, Sicherheit und Effizienz der Energiewandlung. Turbulente Verbrennung ist ein dreidimensionales Multiskalenphänomen. Im Betrieb technischer Brenner können zusätzlich transiente Verbrennungszustände wie Funken- und Selbstzündung, Flammenverlöschen und Flammenrückschlag auftreten. Zum Untersuchen dieser Phänomene werden in dieser Arbeit bildgebende laseroptische Messmethoden entwickelt und simultan auf die Vermessung transienter Flammen in turbulenter Umgebung angewendet.
Die Arbeit beinhaltet grundlegende Weiterentwicklungen bildgebender Hochgeschwindigkeitsmesstechnik im Bezug auf quantitatives Imaging von Skalarfeldern sowie die Quasi-4D-Aufnahme der Bewegung von Flammenflächen. Dabei wird zu Beginn methodisch der Bogen von simplen Visualisierungen der instationären Flammenbewegung über das Verfolgen von Formmerkmalen (Feature Tracking) bis hin zum voll quantifizierten Imaging skalarer Größen, wie beispielsweise Mischungs- und Temperaturfelder, gespannt. Aufgrund kleiner Pulsenergie der verwendeten Festkörperlasersysteme ist eine fortgeschrittene Unterdrückung des Detektorrauschens für eine gute Datenqualität von Skalarfeldern unumgänglich. Dies leistet der entwickelte WAT2d-Algorithmus mit herausragender Performance, speziell für den komplexen Fall der verwendeten räumlich inhomogenen CMOS-Bildsensoren.
Neben der Entwicklung der Diagnostik ist insbesondere die simultane Anwendung in drei Laserlichtschnitten zum Quasi-4D-Imaging eine Innovation dieser Arbeit. Hiermit konnte in der Applikation auf einen turbulenten Feuerball erstmals die Eigengeschwindigkeit von Vormischflammen zeitaufgelöst vermessen werden. Die erzeugten Datensätze dienen neben ihren Beiträgen zur Grundlagenforschung in der Verbrennungstechnologie auch als Validierungsdaten für Grobstruktursimulationen.
Aktualisiert: 2023-03-27
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Im vorliegenden Band der Veröffentlichungsreihe widmet sich Herr Schober dem Verhalten schubspannungsgetriebener dünner welliger Kraftstoffwandfilme. Neu entwickelte optische Messverfahren ermöglichen einen tiefen Einblick in die internen Strömungsvorgänge des Wandfilms und dessen Wechselwirkung mit der ihn treibenden Gasphase. In konsequenter Weiterführung früherer Arbeiten am Institut für Thermische Strömungsmaschinen (ITS) wird mit den umfangreichen Messdaten eine Korrelation für die Phasenwechselwirkung abgeleitet, die den Einfluss des Druckes sowie der Beschleunigung der Gasphase auf den Wandfilm für ein breites Spektrum an Filmstoffwerten erfasst. Kraftstoffwandfilme spielen eine wesentliche Rolle bei der Kraftstoffaufbereitung in Airblast Zerstäubern von Flugtriebwerken, sind aber auch in vielen anderen technischen Anwendungsfällen von hoher Relevanz. Die gewonnenen Erkenntnisse stellen einen wesentlichen Beitrag zur simulationsgestützten Auslegung von filmführenden Bauteilen dar.
Aktualisiert: 2019-12-12
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Die Interaktion von Flammen und Brennraumwänden kommt in nahezu allen gängigen technischen Verbrennungssystemen vor. Durch unvollständige Verbrennung kommt es dabei zu einer erhöhten Schadstoffbildung im wandnahen Bereich. Aktuelle Entwicklungen zur Effizienzsteigerung von Verbrennungsmotoren und Flugtriebwerken beruhen häufig auf der Verkleinerung von Brennräumen bei gleichbleibender oder gesteigerter Leistung. Die kompakteren Brennräume erhöhen das Oberflächen- zu Volumenverhältnis, so dass der Flamme-Wand-Interaktion bei zukünftigen Entwicklungen von Verbrennungssystemen eine größere Bedeutung zukommt. Aufgrund der auftretenden kleinen Raum- und Zeitskalen, bei denen die Flamme-Wand-Interaktion abläuft, sind die Prozesse weitgehend unerforscht und basieren auf empirischen Beziehungen. Für die Berechnung mittels numerischer Simulation (CFD) werden verlässliche Validierungsdaten benötigt.
In dieser Arbeit werden deshalb laserbasierte Methoden zur Untersuchung der Flamme-Wand-Interaktion eingesetzt, welche eine quantitative Erfassung des Flammenverlöschens ermöglichen. Zu diesem Zweck wurden Methoden zur simultanen Bestimmung der Gasphasentemperatur- und CO-Konzentration, sowie die Untersuchung der Flammenpropagation durchgeführt und entwickelt. Die Beeinflussung des thermochemischen Zustandes beim transienten Flammenverlöschen im Gegensatz zu stagnationsstabilisierten Flammen steht dabei im Fokus.
Aktualisiert: 2023-03-27
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Die Strömung in Turboverdichtern ist geprägt von instationären Effekten. Ziel dieser experimentellen Arbeit ist die zeitlich aufgelöste Darstellung eines dieser Effekte: der rotierenden Instabilität. Hierbei handelt es sich um ein Phänomen, das dem Auftreten von rotierender Ablösung vorausgeht und bereits im stabilen Arbeitsbereich auftritt. Das bessere Verständnis der rotierenden Instabilität bietet somit auch einen Ansatz zur Klärung der Ursachen, die zu rotierender Ablösung führen.
Zur Durchführung der zeitlich aufgelösten Untersuchung wird im Rahmen dieser Arbeit eine Messmethodik vorgestellt, welche erstmals bei der Strömungsuntersuchung in Turbomaschinen Anwendung findet. Die Methodik basiert auf simultanen Messungen mittels konventionellem PIV und zeitlich hochaufgelöster Hitzdrahtanemometrie. Über die Frequenzanalyse des Hitzdrahtsignals ist es im Postprocessing möglich, die einzelnen PIV-Bilder gemäß ihres Phasenwinkel zu ordnen. Dieser statistische Ansatz ermöglicht die Darstellung und Analyse der zeitlichen Entwicklung von rotierender Instabilität über einer Schwingungsperiode.
Aktualisiert: 2020-06-05
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