FOR 5595:  Öl-Kältemittel-Mehrphasenströmungen in Spalten mit bewegten Berandungen – Neuartige mikroskopische und makroskopische Ansätze für Experiment, Modellierung und Simulation

• Fachliche Zuordnung: Wärmetechnik/Verfahrenstechnik ; Maschinenbau und Produktionstechnik ; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 510921053

Das Hauptziel der Forschungsgruppe FOR 5595 ist die Entwicklung eines validen Berechnungsmodells für mehrphasige Schwall- und Spaltströmungen für Öl-Kältemittelgemische in Rotationsverdrängern auf der Basis neuartiger mikroskopischer und makroskopischer Ansätze für Experimente und Simulationen. Eine entscheidende Voraussetzung für diese Modellentwicklung ist die Kenntnis der auftretenden Strömungsformen (z.B. Blasen-, Schwall-, Nebelströmung), die maßgebend von den thermophysikalischen Eigenschaften der Fluidgemische und Betriebsrandbedingungen abhängen. Die geringen Spalthöhen (< 0,3 mm) in Verbindung mit bewegten Spaltberandungen erfordern dabei eine kombinierte experimentelle und numerische Strömungsanalyse. An dem generischen Versuchsmodell eines rotierenden Körpers in einem zylindrischen Glasgehäuse wird ein neues laseroptisches Konzept zur räumlich und zeitlich aufgelösten Messung der zweiphasigen Schwall- und Spaltströmung erprobt und mit hochauflösenden Strömungssimulationen verglichen. Darauf aufbauend wird ein Berechnungsmodell für die Mehrphasenströmung in engen Spalten mit bewegten Berandungen entwickelt. Die zum Einsatz kommenden Öl-Kältemittelgemische weisen ein stark asymmetrisches Mischungsverhalten auf. Für derartige Gemische werden erstmalig die relevanten thermophysikalischen Eigenschaften systematisch und genau gemessen sowie in präzise Zustandsgleichungen und Transporteigenschaftsmodelle überführt. Die Struktur der Modelle wird so gestaltet, dass sie auf andere stark asymmetrische Gemische übertragbar ist. Zusätzlich wird zur Anwendung der Modelle in der Strömungssimulation auf eine akzeptable Berechnungsgeschwindigkeit geachtet. Die neuen Modelle für die thermophysikalischen Eigenschaften der Fluidgemische zusammen mit den neuen Berechnungsansätzen für die mehrphasige Schwall- und Spaltströmungen ermöglichen zukünftig eine verbesserte Auslegung von effizienten Rotationsverdrängern für Öl-Kältemittelgemische und tragen damit zur Reduktion des Ressourcenverbrauchs bei.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Internationaler Bezug: Australien, USA

Projekte

• Entwicklung von Modellen zur Berechnung der Viskosität und Wärmeleitfähigkeit von Öl-Kältemittel-Gemischen (Antragstellerin Thol, Ph.D., Monika )
• Experimentelle Untersuchung von Viskosität, Grenzflächenspannung und Wärmeleitfähigkeit von Öl-Kältemittel-Gemischen mittels Lichtstreuung und konventioneller Methoden (Antragsteller Fröba, Andreas Paul )
• Hochauflösende Simulationsmethode für die Mehrphasenströmung in rotierenden Spalten (Antragsteller Schröder, Wolfgang )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Richter, Markus )
• Messung und Modellierung der zweiphasigen Öl-Kältemittel-Spaltströmungen in Rotationsverdrängerkompressoren (Antragsteller Brümmer, Andreas )
• Neuartiges experimentelles Bildgebungsverfahren für die laseroptische Analyse von Zweiphasenströmungen durch dünne ringförmige Rotor-Stator-Spalte (Antragsteller Kriegseis, Jochen )
• Phasenverhalten von Öl-Kältemittel-Gemischen – Experimentelle Untersuchung (Antragsteller Richter, Markus )
• Phasenverhalten von Öl-Kältemittel-Gemischen – Modellierungsansätze (Antragsteller Jäger, Andreas )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Markus Richter