Hochauflösende Messungen der Temperaturverläufe und Wärmeübergänge an überströmten Dellenoberflächen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Stephan
• Fachliche Zuordnung: Technische Thermodynamik
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 39665857

Das Gesamtvorhaben hat das Ziel, die komplexen Prozesse, die zu einem verbesserten Wärmeübergang an überströmten Dellenoberflächen führen, detailliert zu untersuchen. In enger Kooperation werden dazu an den Universitäten Rostock (Hassel, Kornev), Hamburg- Harburg (Herwig) und Darmstadt (Stephan) drei Teilprojekte bearbeitet. Im Teilprojekt 3, dessen Fortsetzung hier beantragt wird, sollen zeitlich und örtlich hochauflösende Messungen der Temperaturverteilung an der Wandoberfläche und in der wandnahen Fluidströmung durchgeführt werden. Bei vorgegebener, konstanter Wärmestromdichte kann daraus die zeitliche und örtliche Verteilung der Nusselt-Zahl berechnet werden. Neben der direkten Untersuchung der Wirkmechanismen dienen die Experimente zur Validierung der theoretischen Modelle, auf denen die numerischen Simulationen des Rostocker Partners beruhen, und gehen in die Bewertung des Hamburger Partners ein, die auf dem Kriterium der Entropieproduktion basiert.Die in der ersten Projektphase verwendete Heizfolie konnte aufgrund zu großer Reflexionen nicht mit dem ursprünglich vorgesehenen, IR-transparenten CaF2-Grundkörper kombiniert werden. Indem die mit einer Delle versehene Heizfolie auf einer mit einem Loch versehenen PMMA-Platte angebracht wurde, konnte jedoch die Delle selbst und ein kleiner Bereich um die Delle herum vermessen werden. Die Ergebnisse der Wandtemperaturmessungen stimmen qualitativ in vielen Fällen gut mit den numerischen Simulationen überein. Wegen der Verformung der Folie im Dellenbereich war die Verteilung der Wärmestromdichte aber nicht gleichmäßig, sodass ein quantitativer Vergleich mit den numerischen Simulationen in der ersten Projektphase nicht erfolgen konnte. Deshalb soll in der zweiten Projektphase die Heizfolie durch eine Beschichtung ersetzt werden, die direkt auf das mit Dellen versehene CaF2-Glas aufgedampft wird. Erste sehr erfolgversprechende Vorversuche fanden bereits statt. Die Oberseite des mit der Delle versehenen Grundkörpers wird dabei zunächst geschwärzt und anschließend mit einer metallischen Schicht versehen, über die dann die Joulesche Heizung erfolgt.Die in der 1. Projektphase durchgeführten Vorversuche zur Bestimmung des Temperaturfeldes in der wandnahen Flüssigkeitsströmung mit gekapselten Flüssigkristallen ergaben, dass diese Methode nur für stationäre Strömungen ausreichend genau ist, wenn über eine Reihe von Aufnahmen gemittelt werden kann. Deshalb soll in der 2. Projektphase die μLIF-Methode (micro laser induced fluorescence), die bereits im Erstantrag als mögliche Alternative genannt wurde, angewendet werden. Zwischenzeitlich wurde diese Messtechnik am Institut des Antragstellers etabliert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen