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INHALTE

Veröffentlichungen aus 2008 / Fakultät MB

Theoretical investigations of electromagnetic control of glass melt flow / von Cornelia Gießler
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2008. - X, 103 S.
ISBN 978-3-939473-37-4
Preis: 14,75 €

Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2008

Inhalt:
The electromagnetic flow control of fluids with high electrical conductivity like liquid metals has been investigated so far and is well established in industrial processes. The application of electromagnetic (Lorentz) forces in fluids with a low electrical conductivity such as glass melts is a comparably new topic. The Lorentz force in glass melts can be generated by the interaction of an imposed electrical current and an external magnetic field. Basically, the Lorentz force can be used to regulate the mass flow rate in a duct or a pipe or to improve the mixing.
This theoretical work addresses both applications in glass melts and focuses on the consideration of the temperature-dependent viscosity and electrical conductivity.
In the first main part of the thesis the pipe flow of glass melt is studied on the basis of an one-dimensional analytical model. The flow is influenced by Lorentz force and gravity as well as temperature variation due to wall heat loss, electrical heating, advection, and heat diffusion. For high and very low driving forces the mean velocity is found to be proportional to the forces as known from laminar pipe flow with constant material properties. In between these two regimes, however, a new flow regime is identified. If there are no heat losses through the wall, the mean velocity is proportional to the square root of the driving force. In the presence of wall heat loss the solution for the steady flow is even found to be non-unique, and to involve bifurcations. This nonlinear behavior is shown to be a result of the closed-loop interaction between the velocity, temperature, and temperature-dependent material properties. The results of the analytical model are validated by two-dimensional axisymmetric numerical simulations. The non-unique flow characteristic could be observed in a simple non-magnetic experiment.
In the second main part of the thesis three-dimensional numerical simulations of glass melt in a small scale crucible heated by two rod electrodes are presented. The Lorentz force leads to an overall increase of the kinetic energy and, if it is the dominating driving force, the mean velocity is found to be an almost linear function of the Lorentz force. The transition from a buoyancy dominated flow regime to a Lorentz force dominated one and vice versa is characterized by a hysteresis. One obtains two steady solutions for one set of parameters depending on the starting conditions of the steady calculations. The threedimensional problem is then reduced to an one-dimensional set of algebraic equations describing steady buoyancy driven laminar flow of glass melt in a closed loop under the influence of a localized Lorentz force. The loop is a highly simplified representation of a closed streamline in glass melt flow in the small scale crucible or a real furnace. The model reveals the role of temperature-dependent viscosity and conductivity in glass melt flows in a pure form that is not visible in full numerical simulations. Finally, the results obtained with the different approaches are compared with each other.

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Einfluss von Autofrettage auf die Schwingfestigkeit innendruck-belasteter Bauteile aus Kugelgraphitguss / von Hans-Ulrich Leutwein
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2008. - 198 S.
ISBN 978-3-939473-35-0
Preis: 18,90 €

Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2008

Inhalt:
Diese wissenschaftliche Arbeit behandelt die Ermüdungsfestigkeit von autofrettierten Bauteilen aus Kugelgraphitguss EN-GJS unter Innendruck-Schwellbeanspruchung. An Bauteilproben wurden die Bauteil-Wöhlerlinien in Einstufenversuchen ermittelt und die Druckfestigkeitssteigerung durch Autofrettage bestimmt. Weiter wurden Innendruckschwell-Zweistufenversuche bei konstantem Maximaldruck durchgeführt, um den Schädigungseinfluss von kleinen Schwingspielen auf die Druckfestigkeit dieser Bauteile zu bewerten. Auf der Basis des Kerbdehnungs-Berechnungskonzepts wurden die Anriss-Wöhlerlinien der nicht autofrettierten und autofrettierten Bauteilproben berechnet und mit den experimentellen Ergebnissen verglichen. Für die nicht autofrettierten Bauteile wurden zusätzlich mit dem Konzept der Synthetischen Wöhlerlinien die Bruch-Wöhlerlinien konstruiert und den Ergebnissen aus den Innendruckschwell-Einstufenversuchen gegenübergestellt.

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Bestimmung physikalischer und technischer Randbedingungen zur Umsetzung eines photoakustischen Gassensors in der Mikrosystemtechnik / von Olaf Schulz
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2008. - VII, 129 S.
ISBN 978-3-939473-30-5
Preis: 17,10 €

Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007

Inhalt:
In der vorliegenden Dissertation werden physikalische und technische Grenzwerte für die Miniaturisierung photoakustischer Gassensoren untersucht. In Erweiterung zu existierenden Arbeiten auf diesem Gebiet wird hier ein komplexes mathematisches Modell entwickelt, welches physikalische, technische und Umweltbedingungen als spezifische Parameter berücksichtigt. Mit diesem Modell werden komplexe System- und Verhaltenssimulationen möglich. Über die existierenden Betrachtungen von Reingasen hinaus wird in dieser Arbeit der Einfluss der Interaktion unterschiedlicher Moleküle untersucht und als Parameter in das theoretische Modell eingeführt. Sowohl in simulierten als auch experimentellen Untersuchungen wird gezeigt, wie die zu beobachtenden Effekte in solchen Gasgemischen für die Verbesserung der Sensitivität und Selektivität photoakustischer Gassensoren nutzbar sind. Weiterhin wird demonstriert, wie durch die Verwendung moderner Technologien und Prozesse aus der Mikrosystemtechnik zuverlässige und leistungsfähige photoakustische Gasdetektoren entstehen können. Die in dieser Dissertation entwickelten und umgesetzten Konzepte berücksichtigen dabei schon im Ansatz die Bedürfnisse einer preisbewussten Massenfertigung und potentielle Anwendungen. Schließlich werden die Detekto-ren mit ebenfalls neuartigen mikromechanischen Emittern in einem integrierten Sensorkonzept kombiniert. Die verbesserten Eigenschaften dieses Demonstrators lassen sich im Vergleich zu konkurrierenden Sensoren nachweisen.

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Beiträge zur thermischen Auslegung von Automobilscheinwerfern / von Jan Langebach
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2008. - XVI, 152 S.
ISBN 978-3-939473-27-5
Preis: 16,70 €

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007

Inhalt:
In der vorliegenden Arbeit wird der Wärmetransport in Automobilscheinwerfern numerisch und experimentell untersucht. Die Scheinwerfer unterteilen sich dabei in Bezug auf die Lichtquelle in zwei Klassen: Scheinwerfer mit Halbleiter-Lichtquellen (Light-Emitting-Diodes) und Scheinwerfer mit Temperaturstrahlern (Halogen-Glühlampen). Das Auslegungskonzept beider Klassen unterscheidet sich grundlegend. Deshalb entstehen für die Arbeit zwei Schwerpunkte: Die optimale Kühlung von Halbleiter-Lichtquellen im Scheinwerfer und die Verminderung von lokalen Überhitzungen an der Abdeckscheibe von Scheinwerfern mit Temperaturstrahlern, sogenannten Hot-Spots. Halbleiter-Lichtquellen werden zum verbesserten Wärmetransport mit Kühlkörpern versehen. Sind diese im geschlossenen Gehäuse des Scheinwerfers platziert, muss die Wärme vom Kühlkörper an die Innenluft des Scheinwerfers und von dort an die Gehäusewand abgegeben werden. Der erste Teil der Arbeit untersucht den Einfluss der erzwungenen und gemischten Konvektion auf den Wärmetransport von Kühlkörper zu Gehäuse und vergleicht ihn mit dem Einfluss der natürlichen Konvektion im geschlossenen Scheinwerfergehäuse. Im Gegensatz zu bestehenden Studien wird die erzwungene Konvektion zur Erhöhung des Wärmeüberganges am Kühlkörper und dem Gehäuse genutzt und nicht zum Abtransport von erwärmten Fluid. Der Einsatz der gemischten Konvektion erhöht den Wärmetransport im untersuchten Modell um mehr als 50% gegenüber natürlicher Konvektion. Der Wärmetransport kann durch Positionierung der Wärmequelle in der Hauptströmung, durch Vergrößerung der Gehäusefläche und durch den Einsatz eines Abdeckrahmens maximiert werden. Wird der Kühlkörper anstelle einer ebenen Platte durch eine Oberfläche mit Rippen ersetzt, erhöht sich der Wärmetransport maximal um den Faktor 2,2. Behindern benachbarte Bauteile das kühlende Fluid am Zu- und Abströmen vom Kühlkörper, so wird der Wärmetransport stark reduziert. Der Abstand und die Größe der Begrenzungen vermindern den Wärmetransport im untersuchten Parameterbereich für natürliche Konvektion um bis zu 65%. Die Untersuchungen werden numerisch durchgeführt und mit Modellexperimenten validiert. Die Entstehung des Hot-Spots an der Abdeckscheibe von Scheinwerfern wird im zweiten Teil der Arbeit studiert. Anhand eines experimentellen Aufbaus kann der Druck innerhalb eines Scheinwerfermodells reduziert werden und somit erlauben die Experimente die Variation der Rayleigh-Zahl über sechs Größenordnungen. Dies mindert den Einfluss des konvektiven Wärmetransportes stark und die Kopplung von Konvektion und Strahlung wird direkt beeinflusst. Die gefundenen Ergebnisse erweitern die wenigen, in diesem Parameterbereich verfügbaren Literaturdaten erheblich. In den Experimenten werden die Rayleigh-Zahl, Abstand von Reflektor und Abdeckscheibe und Emissionskoeffizient des Reflektors als Kennzahlen des Modells ermittelt. Begleitende numerische Simulationen bilden die Strömungsverhältnisse innerhalb der Geometrie nach und erklären die auftretenden Effekte. Eine zweite numerische Studie untersucht ein Modell der Abdeckscheibe, die alle vorher variierten Parameter in sich vereint. Weitere Parameter der Abdeckscheibe, wie die Scheibendicke, werden so in die Untersuchungen aufgenommen. Das Modell ist mit dem einer ebenen Platte, mit diskreter Wärmequelle und gekoppeltem Wärmetransport auf zwei Seiten vergleichbar und stellt eine neuartige Kombination zum Studium des Wärmetransportes dar. Es kommt außerdem ohne die Benutzung eines Strahlungsmodells für gerichtete Strahlung aus.

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A new model of the human trunk mechanics in walking / von Emanuel Andrada
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2008. - 248 S.
(Berichte aus der Biomechatronik ; 1)
ISBN 978-3-939473-25-1
Preis: 18,80 € 

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007 

Inhalt:
After about 15 years of “dynamical” trunk studies, too many questions stay unexplained, and too many kinematical and dynamical aspects unexplored. We know from kinematical studies that trunk amplitudes, frequencies and phases are related to velocity. But we do not know how. In addition, can these amplitudes or phases be predicted? Are the changes in the amplitudes, frequencies or phases a function of anthropometry? Or something else? Why a person has its own individual gait? Could it be possible to find objective parameters in order to describe intra- and inter-individual variations of trunk amplitudes, frequencies and phases? The present work tries to find answers to these questions from a mechanical point of view. First expanding our kinematical knowledge and relating this to anthropometry, and then introducing a new model of the human trunk mechanics in walking. 

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