Hierfür wurden experimentelle Untersuchungen mit Vollstrahl- und Spraydüsen an der Universität Magdeburg (Forschungsstelle 1) und die numerische Modellierung sowie die Durchführung von Simulationen am Leibniz Institut für Werkstofforientierte Technologien IWT Bremen (Forschungsstelle 2) durchgeführt.
Gegenstand der experimentellen Untersuchungen waren einzelne Vollstrahl- und Vollkegeldüsen sowie Düsenfelder aus 9 bis 10 Vollstrahldüsen, 2 Vollkegeldüsen, 2 Flachstrahldüsen und Kombinationen aus Voll- und Flachstrahldüsen. Während des Abkühlprozesses wurden die Temperaturen der gekühlten Bleche an der Rückseite mit einer Infrarotkamera gemessen. Ein wesentliches Ergebnis der experimentellen Untersuchungen ist der konkrete Nachweis des Einflusses technischer Parameter wie Anfangstemperatur, Strahlgeschwindigkeit, Blechgeschwindigkeit, Metallart etc. auf die DNB- bzw. die Leidenfrost-Temperatur, den Wärmeübergang und den Fortschritt der Benetzungsfront.
Die numerische Simulation basiert auf einem modifizierten Euler-Euler Mehrphasenmodell. Mit dem entwickelten 3D-Simulationsmodell kann der gesamte Abkühlprozess mit allen dazugehörigen Siedephasen berechnet werden. Auf der Basis der Simulationsergebnisse können Prozesszustände wie z.B. der Leidenfrostbereich, der Wärmeübergangskoeffizient (WÜK), der lokale Wärmestrom oder der Temperaturgradient an der auftretenden Oberfläche, die im Experiment nicht direkt erfassbar sind, detailliert analysiert werden. Das Modell erlaubt die Berechnung bei unterschiedlichen Düsenarten sowie die Düsenanordnungen und von dreidimensionalen Düsenfeldern als auch die Analyse der Kühlung einer bewegten Platte (dickes Blech).
In den Ergebnissen aus Experiment und Simulation besteht hinreichende Übereinstimmung. Insbesondere zeigen Experiment und Simulation die gleichen Tendenzen in Abhängigkeit der Veränderung technischer Parameter der Kühlung.
Mit den Ergebnissen des Projekts stehen Kennwerte zur Verfügung, die für die Auslegung und Optimierung von Kühl- bzw. Abschreckanlagen bewegter Bleche geeignet sind. Die Möglichkeiten eines Transfers in die Industrie sind gegeben.
Der Schlussbericht des Vorhabens kann über das Forschungskuratorium Maschinenbau (FKM) e. V. bezogen werden (Postanschrift: Lyoner Str. 18, 60528 Frankfurt am Main, E-Mail: info@fkm-net.de).
Bearbeitung: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Institut für Strömungstechnik und Thermodynamik, Leibniz Institut für Werkstofforientierte Technologien, IWT Bremen
Laufzeit: 01.05.2018 – 31.10.2021
Förderung: BMWi-AiF
Das IGF-Vorhaben 20107 BG/1 der Forschungsvereinigung Forschungskuratorium Maschinenbau e. V. - FKM, Lyoner Straße 18, 60528 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Kontakt:
Prof. Dr.-Ing. habil. Udo Fritsching
Tel.: +49421 218 51230
E-Mail: ufri(at)iwt.uni-bremen.de
M.Sc. Nithin Mohan Narayan
Tel.: +49421 218 64509
E-Mail: n.narayan(at)iwt.uni-bremen.de
