Interaktionen zwischen Tropfen und Wanden spielen in vielen technischen Bereichen eine entscheidende Rolle. Ein Beispiel dafür ist der Separationsvorgang, der in Wasserkästen von Automobilen stattfindet. Hier werden Regentropfen, die in der Umgebungsluft enthalten sein können, die zur Klimatisierung der Fahrgastzelle eingesaugt wird, von der Umgebungsluft separiert. Dies geschieht durch das bewusste Herbeiführen von Tropfen-Wand-Interaktionen. Dadurch soll sich ein Wasserfilm an der Wand bilden, der durch Auslässe aus dem Wasserkasten abgeführt werden kann. Momentan ist es aufgrund von fehlenden detaillierten Tropfen-Wand-Interaktionsmodellen nicht möglich, diesen Vorgang mit kommerziellen Computational Fluid Dynamics (CFD)-Programmen numerisch zu simulieren. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, numerische Modelle zur Tropfen-Wand-Interaktion zu entwickeln, die diesen Vorgang physikalisch genau abbilden können. Dabei wurden die Phänomene des Tropfenaufpralls auf Wände unter beliebigen Winkeln, das Rinnen und Haften von Tropfen sowie die Interaktion zwischen rinnenden und aufprallenden Tropfen näher untersucht Diese Untersuchungen wurden für den Tropfenaufprall auf Wände unter beliebigen Winkeln und die Interaktion zwischen rinnenden und aufprallenden Tropfen mit Hilfe der direkten numerischen Simulation (DNS) durchgeführt. Es wurden Korrelationen für die Splashinggrenze, sowie für die Anzahl, Größe, Geschwindigkeit und Abscheidewinkel der Sekundärtropfen gefunden, die während eines Splashing Vorgangs entstehen. Für die Beschreibung von rinnenden und haftenden Tropfen wurden Modelle aus der Literatur herangezogen. Für die Modellierung der Interaktion zwischen rinnenden und aufprallenden Tropfen wurde ein analytisches Modell aus der Literatur angepasst und durch DNS Berechnungen validiert. Die Modelle wurden in das kommerzielle CFD Programm FIRE implementiert. Anschließend wurden an einer vereinfachten Wasserkasten-Geometrie mit genau definierten Randbedingungen Experimente und numerische Berechnungen durchgeführt, um die entwickelten Modele zu vaiidieren. Dabei zeigte sich eine gute Übereinstimmung zwischen dem numerisch berechneten und dem experimenteil vermessenen Benetzungsverhaiten.
Numerische Untersuchung und Modellierung von Tropfen-Wand-Interaktionen
Thermodynamik ; 1-122
2009
122 Seiten, Bilder, 96 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
TIBKAT | 2007
|Numerische Modellierung zur Untersuchung strömungsinduzierter Schwingungen im Stahlwasserbau
HENRY – Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) | 2017
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