ISBN 9783843923071

978-3-8439-2307-1, Reihe Verfahrenstechnik

Mario Wallisch
Strömungs- und Wärmetransport in Kavitäten

123 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2015), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Wärmebehandlung von Gütern ist ein verfahrenstechnischer Prozess, bei dem die drei wesentlichen Mechanismen der Wärmeübertragung – Wärmeleitung, Wärmekonvektion und Wärmestrahlung – eingesetzt werden. Ziele sind häufig eine homogene Temperaturverteilung des mit Wärme zu behandelnden Guts bei gleichzeitig möglichst geringem Energieverbrauch.

Ziel dieser Arbeit ist es, den Strömungs- und Wärmetransport innerhalb von Kavitäten numerisch und experimentell zu untersuchen, um eine Form der Wärmeübertragung innerhalb der Kavität zu entwickeln, welche kleinskalige Güter homogen erwärmt, aber weniger Wärme an die Berandung der Kavität überträgt. Es soll untersucht werden, ob ein sogenanntes Mikroklima um das mit Wärme zu behandelnde Gut geschaffen werden kann, um die Energieeffizenz zu erhöhen.

Im ersten Teil dieser Arbeit wird der Stand der Technik anhand verschiedener Arten von Öfen vorgestellt, insbesondere im Hinblick auf die analytische, experimentelle und numerische Beschreibung der Strömungs- und Wärmetransportvorgänge im Inneren dieser Kavitäten.

Im zweiten Teil dieser Arbeit wird ein numerisches Modell in ANSYS FLUENT 13.0 zur Berechnung von Strömungs- und Wärmetransport in der Kavität entwickelt. Dabei werden zunächst einzelne Validierungsbeispiele mit verschiedenen in der Kavität auftretenden Strömungs- und Wärmetransportphänomenen aus der Literatur herangezogen, um eine Vorauswahl an Strahlungs-, Turbulenz- und Wandmodellen treffen zu können. Mit einem Experiment wurde die Validierung des numerischen Modells abgeschlossen.

Mit diesem validierten numerischen Modell wird eine Vielzahl von möglichen Strömungskonzepten untersucht, im Hinblick auf die Homogenität der Erwärmung des mit Wärme zu behandelnden Guts und die Energieeffizienz des Gesamtvorgangs.

Die hinsichtlich dieser Eigenschaften besten drei Strömungskonzepte wurden aufgebaut und experimentell detailliert untersucht.