ISBN 978-3-8439-5199-9

978-3-8439-5199-9, Reihe Thermodynamik

Andrea Luke
Abschlussbericht zum Vorhaben: Entwicklung alternativer Kühlkonzepte des Verbundprojekts: DynaWEA - Von der Dynamik zur Akustik einer getriebelosen Windenergieanlage

80 Seiten, Dissertation Universität Kassel (2022), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Damit der Wirkungsgrad des Generators der Windenergieanlage konstant hoch bleibt, müssen erhebliche Wärmemengen an die Umgebung abgegeben werden, um zum einen die Temperatur konstant zu halten und zum anderen Grenzwerten einzuhalten. Hierzu wird ein effektives Thermomanagementsystem durch innovative Kühlkonzepte benötigt.

Es werden Thermomanagementsysteme auf Basis von Wärmerohren analysiert und ausgewählt. Zur Erprobung wird ein Versuchsstand aufgebaut, der die Bestimmung der maximalen Wärmetransportkapazität in Abhängigkeit des aufgeprägten Temperaturfelds und der Ausrichtung zum Schwerfeld der Erde ermöglicht. Im Anschluss wird in dynamischen Untersuchungen die Bewegung des Rotors des Generators simuliert und die Auswirkung auf das Wärmerohrsystem untersucht.

Die Experimente demonstrieren erfolgreich die Funktionsfähigkeit und liefern wichtige Erkenntnisse in Bezug auf die maximale Leistungsfähigkeit und das Wärmetransportverhalten. Es wird gezeigt, dass der Wärmetransport mit zunehmender Temperaturdifferenz zwischen Wärmesenke und -quelle zunimmt. Die Leistungsgrenze des Systems ist abhängig von der Systemtemperatur bzw. dem Sättigungsdruck und dem Höhenunterschied zwischen Verdampfer- und Kondensator. Bei den dynamischen Versuchen mit Rotation wird ein geringfügiger Einfluss auf den Wärmetransport festgestellt, während der Rollwinkel um die Längsachse kaum Einfluss hat.

Der Wärmeübergang beim Sieden an Oberflächen, die ähnlich zu der Kapillarstruktur in Wärmerohren sind, wird experimentell analysiert. Der sogenannte „Onset of Nucleate Boiling“, ist eine Limitierung der Funktion eines Wärmerohrs. Anhand der experimentellen Ergebnisse wird dieser bestimmt und ein Berechnungsmodell vorgestellt. Die Experimente zeigen, dass eine makroskopische Oberflächenstruktur den Wärmeübergang begünstigt und den Onset of Nucleate Boiling zu niedrigeren Temperaturen absenkt, sodass die Leistungsgrenze in Wärmerohren bei Verwendung ähnlicher Strukturen absinkt.