Ein Teilaspekt bei der Auslegung des Klimatisierungssystems in Kraftfahrzeugen, ist die Gestaltung des sogenannten Wasserkastens. Durch ihn strömt von aussen angesaugte Luft und findet durch die Belüftungsschlitze den Weg ins Fahrzeuginnere. Je nach Wetterbedingungen kann die angesaugte Luft Wassertropfen enthalten, welche im Wasserkasten von der Luft getrennt werden müssen. Dies geschieht durch Wechselwirkungen der Tropfen mit den Wänden des Wasserkastens. Hierbei treten verschiedene Phänomene auf, die einen Einfluss auf die Güte der Wasserabscheidung im Wasserkasten haben. Aufgrund von Zeit- und Kosteneinsparungen sollen die Vorgänge im Wasserkasten numerisch simuliert werden. Hierbei handelt es sich um eine sogenannte Zweiphasenströmung, da sowohl die Gasphase Luft als auch die flüssige Phase Wasser in der Strömung vorhanden ist. Um derartige Strömungen numerisch mittels CFD (Computational Fluid Dynamics) simulieren zu können, sind numerische Modelle notwendig, welche die auftretenden Tropfen-Wandwechselwirkungen beschreiben. Heutige Modelle sind jedoch nicht in der Lage, die auftretenden Phänomene richtig zu beschreiben und lassen daher nur eine eingeschränkte, numerische Beschreibung der Vorgänge im Wasserkasten zu. Mit Hilfe der Untersuchungen der vorliegenden Arbeit soll ein numerisches Modell zur Beschreibung von Tropfen-Wand-Wechselwirkungen erstellt und in ein kommerzielles CFD-Programm eingebaut werden. Hierzu werden sowohl die Phänomene des Tropfenaufpralls auf trockene und benetzte Wände, als auch der benachbarte Tropfenaufprall mit Hilfe der direkten numerischen Simulation (DNS) untersucht. Die Untersuchung mittels DNS anstatt experimenteller Untersuchungen ist ein neuartiger Weg, tropfendynamische Vorgänge dreidimensional zu simulieren und zu untersuchen. Mit Hilfe der Erkenntnisse dieser Untersuchungen wird eine Splashinggrenze bei der Bildung von Sekundärtropfen beim Tropfenaufprall auf benetzte Wände, eine Beschreibung der maximalen Ausbreitung eines Tropfens beim Aufprall auf trockene Wände und eine Splashinggrenze beim Aufprall auf teilweise benetzte Wände ermittelt. Zudem wird eine Beschreibung der Form eines haftenden Tropfen auf einer Oberfläche angegeben als auch eine analytische Beschreibung der Strömung durch ein teilweise gefülltes Rohr aufgeführt. Die ermittelten Beziehungen werden anschliessend verwendet, um ein numerisches Modell, welches diese Vorgänge abbildet, zu erstellen. Zur Darstellung der Durchführbarkeit werden abschliessend Rechnungen mit Hilfe des kommerziellen CFD-Programms unter Einsatz des erstellten numerischen Modells durchgeführt.

    The design of the waterbox is one part within the design process of a car climatization unit. Air, which is sucked in from the surrounding, flows through this waterbox before it is guided into the inside of the car for climatization purposes. Due to different weather conditions, this air can contain water droplets, which have to be separated out of the air flow. This separation process is determined by interactions of the droplets and the walls of the waterbox. During this process different droplet wall interaction phenomena can be observed, which have an influence on the quality of the separation process in the waterbox. In order to reduce time and costs, numerical tools are supposed to simulate the mentioned separation process. The interaction of droplets and walls can be described as a two phase flow because two phases, the liquid phase water, as well as the gaseous phase air, are part of the flow. Numerical models, able to describe the droplet wall interaction phenomena, are needed in order to simulate the two phase flow numerically by using CFD. Available models are not able to describe the occuring phenomena accurately. Therefore, only an insufficient simulation of the separation process is possible nowadays. By using the results of the present investigation, a numerical model has to be developed to describe the droplet wall interaction phenomena and implemented into a commercial CFD program. For this reason the impingement of a droplet onto a dry and wetted surface, as well as the impingement adjacent to a sticking droplet are investigated by means of Direct Numerical Simulation (DNS). The investigation and three-dimensional simulation of this droplet dynamic processes by using DNS instead. of doing experiments, is a new and innovative method. With the results of these DNS calculations asplashing threshold for the formation of secondary droplets during an impact of a droplet onto a wetted surface, a description of the maximum extension diameter during an impact onto a dry surface and asplashing threshold for the adjacent droplet impact are determined. In addition to that, analytical descriptions of the shape of a sticking droplet and of the fluid flow through a partialy filled tube are derived. The results gained in the mentioned investigations are used to built a numerical model to describe the different droplet wall interaction phenomena in the rain water separation process. As a final step, calculations are done successfully by using a commercial CFD software in combination with the newly developed numerical model in order to show the realization of the whole approach.


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    Titel :

    Numerische Untersuchung und Modellierung von Wandinteraktionen in Zweiphasenströmungen


    Beteiligte:
    Maichle, Frank (Autor:in)

    Erscheinungsdatum :

    2007


    Format / Umfang :

    148 Seiten, Bilder, Tabellen, 46 Quellen



    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch







    Numerische Modellierung zur Untersuchung strömungsinduzierter Schwingungen im Stahlwasserbau

    Göbel, Georg / Gebhardt, Michael / Metz, Walter et al. | HENRY – Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) | 2017

    Freier Zugriff

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