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Adaptive Anpassung einer konvektiv wirksamen Oberfläche

 
: Erdmann, Torsten

Dresden, 2015, 103 S.
Dresden, TU, Dipl.-Arb., 2015
Deutsch
Diplomarbeit
Fraunhofer IWU ()
Adaptivität; Konvektion; Wärmeübergangskoeffizient

Abstract
Das Thema der Energie- und Ressourceneffizienz ist schon seit vielen Jahren aktuell und gewinnt vor allem in der Automobilindustrie und im Maschinenbau immer mehr an Bedeutung. Durch die ständige Weiterentwicklung wird eingesetzte Energie immer effizienter verwendet und es entstehen immer höhere Wirkungsgrade. Damit verbunden sinkt die Abwärme, welche nicht mehr verwendet werden kann, wie beispielsweise zum Heizen des Innenraums bei Kraftfahrzeugen. Dies macht es erforderlich, dass die vorhandene Energie gezielt und effizient eingesetzt wird. Weiterhin ist problematisch, dass sich bestimmte Baugruppen ungleichmäßig erwärmen, wie es bei der Batterie für Elektrofahrzeuge auftritt.
Bisherige Kühlkreisläufe regeln die Wärmeabfuhr über den Volumenstrom bzw. die Fluidtemperatur. Das bedeutet, dass alle Systeme, die in diesen Kreislauf eingebracht sind, mit der gleichen Leistung gekühlt werden. Diese Arbeit knüpft an die Idee, die durch Effizienzgewinne sinkende Wärmeabfuhr bedarfsgerecht nur an den benötigten Stellen einzusetzen.
Dazu wird unter Verwendung der theoretischen Grundlagen für Strömung und der konvektiven Wärmeübertragung ein Versuchsstand entwickelt. Mit diesem ist es möglich, dass Potential einer situationsgerecht anpassbaren Kühlung zu untersuchen. Dazu wird in einem ovalen Strömungskanal ein Strömungswiderstand eingebracht, der die Querschnittsfläche für das durchströmende Luftvolumen verkleinert. Dadurch wird die Strömung auf eine Fläche gelenkt, die gekühlt werden soll. Als Maß für die Wärmeabgabe dient der Wärmeübergangskoeffizient und wird hier zur Validierung der gemessenen Werte mit den simulierten Werten verglichen. Dazu wird explizit auf die Realisierbarkeit der Simulation und die Umsetzbarkeit in der Praxis geachtet. Die Auswahl der Baugruppen ist auf die Erzeugung einer laminaren Strömung ausgelegt. Hierfür wurde ein Kanal angefertigt, der definierte Einlaufbedingungen ähnlich der Simulation erzeugen kann. In der Auswertung der simulierten und gemessenen Ergebnisse stimmt der qualitative Kurvenverlauf für den Wärmeübergangskoeffizienten mit der Position des Strömungswiderstandes überein.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-327921.html