Pumpen werden in hoher Stückzahl für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Bei der Verbesserung, der Neuentwicklung und der kundenspezifischen Anpassung sind deren Hersteller bestrebt, Strömungssimulationen einzusetzen. Dadurch können im Vergleich zum Einsatz von Prototypen Entwicklungskosten und -zeiten reduziert sowie gezielte Verbesserungen ermöglicht werden.
Industriell gefertigte Pumpen niedriger spezifischer Drehzahl weisen raue Oberflächen auf. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Strömung in einer praxisnahen Versuchspumpe sowohl experimentell als auch numerisch untersucht. Neben Druck- und optischen Geschwindigkeitsmessungen konnte die Wandschubspannung erstmals mit einem direkten Messverfahren in einer Pumpe bestimmt werden. Die umfangreiche Datenbasis erlaubt eine genaue Charakterisierung der Strömung und die Validierung von CFD-Simulationen.
Durch die Rauheitswirkung werden die strömungsmechanischen Verluste erhöht und die hydraulischen Kenndaten der Pumpe maßgeblich beeinflusst. Es wird beschrieben, dass für eine hohe Vorhersagegüte von CFD-Simulationen die Berücksichtigung hydraulisch rauer Wände und die Verminderung von Modellierungsfehlern bezüglich der Wandgrenzschichtströmung entscheidend sind.
Mit Hilfe der erarbeiteten Methodik wird die realitätsnahe Simulation der Strömung in Pumpen kleiner spezifischer Drehzahl ermöglicht. Außerdem tragen die Ergebnisse dieser Arbeit zum besseren Verständnis der Strömung und des Rauheitseinflusses bei.
Aktualisiert: 2023-03-16
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Die Alterung unerwünschter Ablagerungen auf wärmeübertragenden Oberflächen vermindert die thermohydraulische Effizienz von Wärmeübertragungssystemen und erschwert gleichzeitig die Reinigung technischer Oberflächen. In dieser Arbeit wurden die morphologischen, thermischen und mechanischen Alterungseffekte molkenprotein-basierter Foulingschichten mit mittleren inneren Temperaturen von 80 °C bis 110 °C untersucht. Dazu wurden spezielle apparative und experimentelle Herangehensweisen erarbeitet, sodass sich graduelle Unterschiede entlang des Querschnitts von Foulingschichten hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit und der Festigkeit darstellen ließen. Dabei wurde eine weniger temperatursensitive Alterung von Foulingschichten unterhalb von 90 °C aufgezeigt, während oberhalb von 90 °C eine starke Temperatursensitivität vorlag. Diese Beobachtung steht in Zusammenhang mit der temperaturabhängigen Denaturierungskinetik der Molkenproteine. Gleichzeitig wurde unterschiedliches, elastisch bis sprödes Materialverhalten analysiert, das auf verschiedene Grenztemperaturen schließen ließ und einen Einfluss auf den Abtragsmechanismen und damit die Reinigung erwarten lässt.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Der CHANDLER-Loop dient zur in vitro-Beurteilung der Hämokompatibilität von kardiovaskulären Implantaten. Eine Blutströmung wird durch Rotation eines anteilig gefüllten, geschlossenen Schlauchrings erzeugt. Bisherige Beschreibungen der Strömung im Prüfsystem sind widersprüchlich.
In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass die Fluid-Oberflächenspannung berücksichtigt werden muss, wohingegen die Krümmung des Schlauches keinen nachweisbaren Einfluss auf die wandnahen Strömungsbedingungen hat. Eine erweiterte Modellgleichung wird aufgestellt und mit experimentellen Daten kalibriert. Diese Gleichung erweist sich als stabil gegen Variation von Schlauchradius, Ringradius und Füllwinkel. Die Anwendbarkeit der Gleichung auf Experimente mit Vollblut wird gezeigt. Viskosität und wirkende Wandschubspannung im Chandler-Loop können nun direkt aus der Steighöhe bestimmt werden. Außerdem können in vitro-Versuche so ausgelegt werden, dass sie die physiologische Wandschubspannung zuverlässig abbilden.
Aktualisiert: 2020-03-09
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Der CHANDLER-Loop dient zur in vitro-Beurteilung der Hämokompatibilität von kardiovaskulären Implantaten. Eine Blutströmung wird durch Rotation eines anteilig gefüllten, geschlossenen Schlauchrings erzeugt. Bisherige Beschreibungen der Strömung im Prüfsystem sind widersprüchlich.
In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass die Fluid-Oberflächenspannung berücksichtigt werden muss, wohingegen die Krümmung des Schlauches keinen nachweisbaren Einfluss auf die wandnahen Strömungsbedingungen hat. Eine erweiterte Modellgleichung wird aufgestellt und mit experimentellen Daten kalibriert. Diese Gleichung erweist sich als stabil gegen Variation von Schlauchradius, Ringradius und Füllwinkel. Die Anwendbarkeit der Gleichung auf Experimente mit Vollblut wird gezeigt. Viskosität und wirkende Wandschubspannung im Chandler-Loop können nun direkt aus der Steighöhe bestimmt werden. Außerdem können in vitro-Versuche so ausgelegt werden, dass sie die physiologische Wandschubspannung zuverlässig abbilden.
Aktualisiert: 2019-11-07
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Im Vergleich zu glatten Oberflächen können mikrostrukturierte Riblet-Oberflächen die Wandschubspannung in turbulenter Strömung bis zu 10% reduzieren. Im Rahmen dieser Arbeit wird das Fertigungsverfahren Profilschleifen zur Herstellung von Riblet-Strukturen mit einer Rillenbreite zwischen 20 µm und 120 µm untersucht. Zur Erzeugung von den für das Riblet-Schleifen erforderlichen Mikroprofilen wird ein Abrichtprozess mit Profilshiftkinematik für keramisch gebundene Schleifwerkzeuge neu entwickelt. Durch systematische Untersuchungen zu dem Einfluss des Profilschleifprozesses auf die Riblet-Strukturausbildung werden die Prozessgrenzen zur herstellbaren Strukturgröße und -qualität ermittelt. Weitere Untersuchungen mit metallischen Bindungssystemen zeigen Möglichkeiten zur Verringerung der herstellbaren Strukturdimension auf. Die Wirkung der geschliffenen Riblet-Strukturen zur Reibungsreduzierung wird anhand von Öl- und Gitterwindkanaluntersuchungen nachgewiesen.
Aktualisiert: 2019-10-17
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