Diese Arbeit liefert eine detaillierte Analyse des mit Phasenwechsel verbundenen Feuchtetransportes in Flugzeugisolierungen, die experimentelle und numerische Untersuchungen verbindet. Zum Einstieg wird auf Erfahrungen aus früheren Forschungsvorhaben und Wissen aus ähnlichen Problemstellungen in anderen Fachgebieten aufgebaut. Auf dieser Grundlage werden Methoden selektiert und weiterentwickelt. Dabei wird in beiden Bereichen eine konsequent instationäre Betrachtung angestrebt, die der Ursache des Problems, der Dynamik der Temperaturrandbedingung, Rechnung tragt. Diese Dynamik sowie die Temperaturbereiche, die tiefen Temperaturen, sowie die Tatsache, dass Wasser neben dem dampfförmigen meist im festen statt im flüssigen Zustand vorliegt, grenzt die Problemstellung im Flugzeug von ähnlichen Problemstellungen im Baubereich ab, die in früheren Arbeiten oft als Grundlage herangezogen worden sind. Fragestellungen aus anderen Fachgebieten, wie zum Beispiel das Feuchteverhalten von Multifunktionskleidung in der Textilforschung, sind thematisch häufig näher angesiedelt. Ein System aus partiellen Differentialgleichungen modelliert den Wärmetransport durch das Paket sowie den diffusiven Transport von Wasserdampf in das und im Isolationspaket und den Phasenwechsel zwischen Wasserdampf, flüssigen Wasser und Eis. Dabei ersetzt ein auf einer Kinetik erster Ordnung basierendes Phasenwechselmodell ein Gleichgewichtsmodell. Dies hat den Vorteil, dass diese Art der Kopplung zwischen den Massenbilanzen von Wasserdampf, Wasser und Eis und der Energiebilanz zu einem deutlich besseren Konvergenzverhalten bei der Lösung des Gleichungssystems führt. Des weiteren wird zur Beurteilung der Simulationsergebnisse ein angepasstes T,x-Diagramm vorgeschlagen. Es wird beispielsweise eingesetzt, um zu zeigen, dass trotz des kinetischen Phasenwechselmodells auch in stark transienten Phasen der Zustand der feuchten Luft sehr nahe am Gleichgewicht liegt. Auch wurde gezeigt, dass eine eindimensionale Modellierung die physikalischen Vorgänge bei einfachen Isolierungskonfigurationen sehr gut approximiert. Ebenfalls zeigt sich in der Auswertung, dass der Akkumulationsprozess vom Wasserdampftransport gesteuert wird. Der Vergleich von Messdaten und Simulationsergebnissen zeigt, dass in beiden Fällen das qualitative Verhalten übereinstimmt, auch wenn es quantitativ noch Abweichungen gibt. Ein möglicher Grund hierfür könnte ein unkontrolliertes zusätzliches Eindringen von Wasserdampf in die Testbox an einer noch nicht identifizierten Undichtigkeit sein. Das Zusammenfügen der Ergebnisse der experimentellen und numerischen Studien können weitere Erkenntnisse gewonnen werden. Die großen Gradienten im Gewichtsverlauf bei gravimetrischen Messungen mit in Folien gehüllten Isolierpaketen in der Steig- und Sinkflugphase konnten so der Dichteänderung der Luft zugeordnet werden. Auch erlaubt erst die Kombination mit den Simulationsergebnissen die Interpretation der Neutronenradiographieaufnahmen in der Sinkflug- und Bodenphase. Hierbei hat sich gezeigt, dass die Änderung des Wasseranteils im unteren Bereich der Isolierung, die als Durchsickern von Wasser interpretiert werden konnte, auch in der Simulation beobachtet werden konnte, obwohl hier Wasser als ortsfest betrachtet wird. Die Änderung des Wasseranteil kommt in der Simulation durch Verdunstung im oberen Bereich und gleichzeitige Kondensation im randnahen Bereich zu stände. Dieses Verhalten trägt zu einem langsamen Austrocknen der Isolierung nach innen bei hohen Wasserbeladungen bei, da nur am innersten Rand der Wasseransammlung eine Verdunstung und ein Abtransport von Wasserdampf stattfindet.


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    Titel :

    Untersuchungen des mit Phasenwechsel verbundenen instationären Transports von Wasser in Isolierungen


    Beteiligte:
    Joos, Andreas (Autor:in)

    Erschienen in:

    Luftfahrt ; 1-153


    Erscheinungsdatum :

    2011


    Format / Umfang :

    153 Seiten, Bilder, Tabellen, 128 Quellen



    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch




    Untersuchungen des mit Phasenwechsel verbundenen instationären Transports von Wasser in Isolierungen

    Joos, Andreas / Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Thermofluiddynamik | TIBKAT | 2011


    Untersuchungen des mit Phasenwechsel verbundenen instationären Transports von Wasser in Isolierungen

    Joos, Andreas / Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Thermofluiddynamik | TIBKAT | 2011

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