Studentische Arbeiten

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Erstellt: Wed, 07 Dec 2022 23:06:34 +0100 in 0.0678 sec


Naumann, Clemens;
Unsteady temperature measurement in hot/cold heated cavity filled with liquid metal. - Ilmenau. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Flüssigmetallgekühlte Kernreaktoren sind ein wichtiger Bestandteil der europäischen Energiestrategie zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen. Die Auslegung und Sicherheitsbeurteilung solcher Reaktoren stützt sich im Regelfall auf computergestützte Strömungssimulationen (CFD). Die Modellierung der Wärmeübertragung in turbulenten Strömungen von flüssigen Metallen und anderen Fluiden mit niedrigen Prandtl-Zahlen (Pr < 0,1) ist jedoch eine große Herausforderung und Gegenstand aktueller Forschung. Aufgrund dessen werden experimentelle Daten von Temperatur- und Geschwindigkeitsfeldern solcher Fluidströmungen zur Validierung von Simulationen benötigt. Für die Validierung von Modellen für natürliche Konvektion und Mischkonvektion sollen unter anderem Messungen von Temperaturmessungen in einer mit Flüssigmetall gefüllten, seitlich beheizten und gekühlten Zelle beitragen. Um solche Messungen zu ermöglichen, wird in dieser Arbeit ein Hochfrequenz-Temperaturmesssystem entwickelt, welches in der Lage ist, Temperaturfluktuationen bis zu 60 Hz in Flüssigmetallen zu messen. Zur Realisierung eines solchen Messsystems werden mehrere Thermoelemente und Faser-Bragg-Gitter-Sensoren (FBG Sensoren) statisch und dynamisch kalibriert, um ihre Genauigkeit und ihr dynamisches Verhalten zu untersuchen. Die statische Kalibrierung wird nach dem Vergleichsverfahren in einer Klimakammer mit einem Referenzthermometer durchgeführt. Das dynamische Verhalten der Sensoren wird untersucht, indem die Ansprechzeit der Sensoren experimentell mit der Eintauch- und der Tropfenmethode bestimmt wird. Diese dynamischen Kalibrierungen werden mit Wasser, Glyzerin, Öl und einer GaInSn-Legierung als Kalibrierflüssigkeit durchgeführt, um deren Einfluss auf das dynamische Verhalten der Temperatursensoren zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Reaktionszeit der Sensoren von den physikalischen Eigenschaften der Kalibrierflüssigkeit sowie von der Geschwindigkeit der Sensorumströmung abhängt. Außerdem wird festgestellt, dass ummantelte 0,25 mm Thermoelemente vom Typ K und 0,10 mm FBG Sensoren von den getesteten Sensoren am geeignetsten sind, um Temperaturen mit hoher Frequenz in Flüssigmetallen zu messen. Sie können Temperaturschwankungen mit einer Frequenz von 20 Hz in Wasser und 60 Hz in GaInSn bei Strömungsgeschwindigkeiten von mehr als 20 mm/s aufzeichnen. Als Funktionsnachweis beider Systeme werden zudem Hochfrequenz-Testmessungen in einer mit Wasser gefüllten, seitlich beheizten und gekühlten Zelle durchgeführt. Dabei wurden Temperaturfluktuationen mit einer Frequenz von 0,15 Hz nahe der thermischen Grenzschicht der beheizten Seitenwand von beiden Sensoren durch eine Frequenzanalyse erfasst. Dadurch wird gezeigt, dass die Systeme unter anderem dafür geeignet sind, charakteristische Strömungsfrequenzen in natürlicher Konvektion zu bestimmen. Im Anwendungsfall mit Flüssigmetall werden deutlich höhere charakteristische Frequenzen erwartet, wodurch dann die Hochfrequenzmessungen zwingend erforderlich sind.



Ratz, Manuel;
Positionsbestimmung und Klassifizierung astigmatisch verzerrter Partikelbilder durch mehrschichtige neuronale Netzwerke. - Ilmenau. - 165 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Diplomarbeit 2022

Das kontrollierte Mischen von Mikropartikeln spielt in vielen industriellen Anwendungen eine wesentliche Rolle. Die Erkennung der Partikelgrößen ist von großer Bedeutung für die Steuerung der Herstellungsprozesse. In dieser Arbeit wird die Anwendung von Deep Neural Networks (DNNs) für die 3D-Positionsbestimmung und Größenklassifizierung von Mikropartikeln untersucht. Die Trainingsdaten werden von sedimentierten oder abgetrockneten Partikeln unterschied- licher Größe in einer Mikrokammer gewonnen. Die Mikrokammer wird in drei Dimensionen bewegt, um einen umfangreichen Datensatz verschiedener Partikelbilder zu erzeugen. Ein DNN zur Objekterkennung in Form eines Faster R-CNN wird verwendet, um die Position in der Ebene und die Größenklasse zu bestimmen. Die Tiefenposition der einzelnen Partikelbilder wird mit einem zweiten DNN extrahiert. Die Leistung der DNNs wird mit einer Hyperparametersuche optimiert und für verschiedene Konstellationen von Pariktelgrößen und variierender Bildqualität analysiert. Die Ergebnisse zeigen eine sehr gute Leistung der Größenklassifizierung in allen Anwendungen. Die Klassifizierung hat eine Genauigkeit von 99%, wobei häufig mehr als 90% der Partikel wiedergefunden wird. Diese Werte sind nicht an eine bestimmte Kombination von Partikelgrößen gebunden, sondern gelten auch für sich überlappende Partikelbilder und wenn Partikel ähnlicher Größe verwendet werden. Die Fehler bei der Position in der Ebene liegen innerhalb der Grenzen des Fehlers der gegebenen Beschriftungen, und der Fehler bei der Tiefenposition beträgt weniger als 1% des Messvolumens für alle Konstellationen.



Analytische und experimentelle Untersuchungen zur Taupunktregelung bei der Befeuchtung von Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen. - Ilmenau. - 86 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Im Fokus der aktuellen Mobilitätswende und als zentraler Bestandteil von Speichermöglichkeiten für erneuerbare Energien stehen Niedertemperatur-Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen, die Wasserstoff und Sauerstoff mittels einer Redox-Reaktion emissionsfrei zu Energie wandeln können. Damit die in einer solchen Brennstoffzelle verbaute Membran-Elektroden-Einheit bei verschiedenen Lastpunkten nicht austrocknet, müssen sowohl das Brenngas Wasserstoff als auch das Oxidationsgas Luftsauerstoff definiert befeuchtet werden. Um die Zellkomponenten und ganze Systemlösungen von Brennstoffzellen in stationären Prüfständen testen zu können, kann ein Blasensäulenreaktor zur Gasbefeuchtung verwendet werden, wobei ein trockener Gasstrom bei verschiedenen Temperatur- und Druckniveaus bis zum Sättigungspunkt befeuchtet werden kann. Dieser befeuchtete Gasstrom wird anschließend mit einem trockenen Gasstrom definiert gemischt, um einen Taupunkt oder eine relative Feuchte nach Wahl erhalten zu können. In dieser Arbeit wurde solch ein Blasensäulenreaktor mit Nebenaggregaten aufgebaut, verkabelt und hinsichtlich der Funktionsweise der Taupunktregelung getestet. Besonderes Augenmerk wurde hierbei auf die Hinterdruckregelung, die Wasserzufuhr, die Kondensatabscheidung und die Messstrecke gelegt. Bei den durchgeführten Messreihen, die Versuche zur relativen Feuchte, zum Taupunkt und Langzeitversuche umfassten, konnte der Erfolg des Gasbefeuchtungsverfahrens nachgewiesen werden.



Nasery, Rohullah;
Numerical studies of turbulent convective heat and momentum transport in molten salt tube coupled with concentrated solar power. - Ilmenau. - 79 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

In dieser Masterarbeit werden der turbulente konvektive Wärme-und Impulstransport in einer Rohrströmung mit Salzschmelze für solartechnische Anwendungen numerisch untersucht. Nur die Hälfte der Umfangsfläche des Absorberohrs wird durch Vorgabe einer vom Polarwinkel φ im Bereich – π/2 < φ < π/2 abhängigen Wärmestromdichte [q](φ) = [q]0 cos(φ) an der Rohraußenseite beheizt, die Rückseite wird komplett adiabat gehalten. Die Simulationen werden in hydrodynamisch glatten und hydrodynamisch rauen Rohren durchgeführt. Das Ziel in hydrodynamisch glatten Rohren ist, den Einfluss des Wärmestroms [Q], der Reynolds-Zahl [Re], Biot-Zahl [Bi] und Planck-Zahl [Pl] auf die Temperaturdifferenz [Tout – Tin], den Druckverlustbeiwert [Zeta], den konvektiven Wärmeübergangskoeffizent [havg], die turbulente kinetische Energie [k], die turbulente kinetische Dissipationsrate [Epsilon] und auf externe Wärmeverluste über Konvektion und Strahlung numerisch zu untersuchen. Die Geschwindigkeits- und Temperaturprofile an drei Positionen: Einlass, Mitte und Auslass des Rohres werden dimensionslos aufgetragen und anhand der Kennzahlen formuliert. Das Ziel im hydrodynamisch rauen Rohr war es, den Einfluss der relativen Rauheit [Epsilon]/[D] oder der Rauheit Reynolds-Zahl [Rex] auf den Druckverlustbeiwert [Zeta], den konvektiven Wärmeübergangskoeffizient [havg], die Wärmeverluste [Qverluste], die Planck-Zahl [Pl] und den mittleren inneren Oberflächentemperatur [Ts,i] numerisch zu untersuchen. Das Wärmeträgermedium für die Experimente ist geschmolzenes Salz und wurde aufgrund seiner guten thermischen Eigenschaften ausgewählt. Die Experimente werden mit Reynolds-Zahlen im Bereich von [Re]1) = 9741, [Re](2) = 0,821[Re](1), [Re](3) = 0,726[Re](1), [Re](4) = 0,533[Re](1) durchgeführt. Die winkelabhängige konzentrierte Solarstrahlung variiert zwischen [Q]1 = 1000 Sonnen, [Q]2 = 0,8[Q]1, und [Q]3 = 0,6[Q]1. Die Simulationen werden mit dem CFD-Programm ANSYS-Fluent durchgeführt. Das geometrische Modell hat eine konstante Länge von 3,0 m und eine konstante Rohrwanddicke von 1,5 mm mit den Innendurchmessern [Din](1) = 0,023 m,[Din](2) = 0,8697[Din](1) und [Din](3) = 0,7393[Din](1). Die Rohre werden charakterisiert mit dem Wandwärmeleitparameter [Lambda] = ([lambda][wall]/[d])/([lambda][salt]/[Din]) im Bereich [Lambda]1 = 713,2, [Lambda]2 = 0,8695[Lambda]1, [Lambda]3 = 0,7393[Lambda]1 für [Din](1), [Din](2), [Din](3). Das Schubspannungstransport (SS-K-[omega]) Turbulenzmodell wurde zur Simulation der Wärmeübertragung bei turbulenter Strömung verwendet, und das Strahlungsmodell mit diskreten Koordinaten wurde verwendet, um die Strahlung zu modellieren. Am Ende werden die Ergebnisse bei gleichmäßiger und ungleichmäßig winkelabhängiger Wärmestromdichte gegenübergestellt und die Unterschiede und Ähnlichkeiten herausgearbeitet.



Djeufack Sonfa, Christian;
Numerische Untersuchungen zum Wärme- und Impulstransport in turbulenter Mischkonvektion in der SCALEX-Anlage. - Ilmenau. - 97 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Konvektion bezeichnet einen Mechanismus zum Transport von Wärmeenergie innerhalb eines Gases oder einer Flüssigkeit. Im Gegensatz zur Wärmeleitung beruht der Wärmetransport durch Konvektion auf dem makroskopischen Transport der molekularen Bestandteile des Fluids. Die Mischkonvektion tritt auf, wenn in einem System eine räumliche und zeitliche Überlagerung von natürlicher und erzwungener Konvektion vorliegt. Dieses Phänomen findet zum Beispiel bei der Klimatisierung der Passagierkabine eines Flugzeuges statt und sein Verständnis würde es ermöglichen, einen thermischen Komfort während des gesamten Fluges zu schaffen. In dieser Arbeit wurde eine numerische Simulation eines Modellexperiments, das eine Flugzeugkabine in stark verkleinertem Maßstab nachbildet, mithilfe des kommerziellen CFDCodes ANSYS/FLUENT durchgeführt. Experimentell befindet sich der Modellraum in der SCALEX-Anlage, in der Modellexperimente in verkleinertem Maßstab durch Aufprägen eines Überdrucks durchgeführt werden können. Ziel war hier die verschiedenen Strömungsstrukturen (Temperatur-und Geschwindigkeitsfelder) innerhalb dem Modellraum im Bereich der gemischten Konvektion zu identifizieren. Hierfür wurde durch Änderung der Temperaturdifferenz und des Arbeitsdrucks die dimensionslosen Kontrollparameter Rayleigh-Zahl und Reynolds-Zahl variiert. Der Zustand der Mischkonvektion wird durch die Archimedes-Zahl beschrieben, die physikalisch das Verhältnis der thermisch induzierten Auftriebskraft zur Trägheitskraft der druckgetriebenen Strömung darstellt. Die Archimedes-Zahl beträgt hier 0, 1 ≤ Ar ≤ 5. Als Arbeitsgas wurde trockene Luft bei einem Druck von 1 ≤ p ≤ 9 bar eingesetzt. Die Temperaturdifferenz liegt hier bei 5 ≤ ∆T ≤ 10 K. Somit konnte, ausgehend von einer Hypothese zur Strukturbildung, die auftretenden Strömungsstrukturen im Modellraum klassifiziert und Vorhersagen zur Strukturbildung im Bereich der gemischten Konvektion gemacht werden.



Kemter, Toni;
Analyse und Vergleich einer Benchmark-Klimaanlage mit dem betriebseigenen Produkt zur Ermittlung der charakteristischen Eigenschaften. - Ilmenau. - 72 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Nach der Durchführung und Auswertung der Benchmarkanalyse im Rahmen dieser Bachelorarbeit werden in diesem Abschnitt noch einmal die aussagekräftigsten Ergebnisse vorgestellt. Die Hauptaufgabe war, die Gesamtleistung der Benchmark-Anlage sowie das allgemeine Design mit der Klimaanlage von MAHLE Industrial Thermal Systems zu vergleichen und die wichtigsten Unterschiede festzuhalten. Die Messung des Gebläses und der Anlage zur Ermittlung der Luftmenge lieferte Kennlinien, welche den Gebläsen von MAHLE im Wirkungsgrad überlagen. Aus reiner Betrachtung der Luftmenge ist ebenso der Druckabfall in der Benchmark-Anlage geringer, weshalb sie bessere Ergebnisse liefert. Das verbaute Gebläse ist also leistungsstärker als das Vergleichsobjekt. Die Ermittlung der Kälteleistung des Verdampfers im Klimaprüfstand zeigte, dass der im Benchmark-Objekt verbaute Flachrohr-Verdampfer hier unterdurchschnittliche Leistungen lieferte. Der luftseitige Druckabfall liegt mit ca. 15 % über dem nächsten Vergleichsobjekt deutlich über den Konkurrenzprodukten, auch über denen der Rundrohr-Bauweise, was negativ zu beurteilen ist. In der Kälteleistung konnte er ebenfalls nicht mit den Wettbewerbern konkurrieren. Auch hier liegen die Gesamtleistung und die sensible Leistung in allen gemessenen Umgebungen etwa 5 % unter dem leistungsstärksten Bauteil. Die Betrachtung des Temperaturprofils ergab verhältnismäßig hohe Temperatur-unterschiede von 9,1 K als Maximalwert auf der Bauteiloberfläche und damit eine ungleichmäßige Kühlung der durchströmenden Luft. Insgesamt gleicht der unterdurchschnittliche Verdampfer also die überdurchschnittliche Leistung des Gebläses fast vollständig aus, weshalb beide Klimaanlagen letztendlich eine ähnliche Gesamtleistung aufweisen. Beim Berstdruckversuch erfüllt der Heizkörper und Verdampfer die Anforderungen, wobei sich der Heizkörper schon bei 6 bar Berstdruck aufbläht, was als Versagen zu bewerten ist. Die metallografische Untersuchung beider Bauteile zeigt eine unzureichende Verlötung der Wellrippen am Verdampfer. Sonst ergeben sich jedoch keine Auffälligkeiten. Auch im Einschraubversuch besteht die Benchmark-Anlage bei vier von fünf getesteten Schraubverbindungen die Forderung von mindestens fünf Einschraubvorgängen ohne festgestellte Beschädigung am Kunststoffgehäuse. Die ausführliche Analyse zeigt somit, dass die Anlagen ähnliche Gesamtleistungen liefern, obwohl unterschiedliche Komponenten verwendet werden. Der größte konstruktive Unterschied ergibt sich in der Bauform des Verdampfers. Während die Benchmark-Anlage Flachrohr-Verdampfer verwendet, setzt MAHLE auf die konventionellen Rundrohr-Verdampfer. Die Benchmark-Analyse zeigt also, dass vor Allem das Gebläse in der Referenz-Klimaanlage ausbaufähig ist, um die Leistung zu erhöhen, während der Großteil der Komponenten bereits wettbewerbsfähig ist. Zudem ist vorstellbar, dass MAHLE-Projekte in Zukunft auch zu Flachrohr-Verdampfer übergehen, da diese eine flexiblere Bauform zulassen, jedoch keine Nachteile in Hinsicht auf deren Leistung aufweisen. Da jedoch hauptsächlich auf die Verwendung bereits eingesetzter Serienprodukte wertgelegt wird, da diese bereits bestimmte Validierungsprozesse durchlaufen haben, ist es unwahrscheinlich, für ein einzelnes Projekt neue Verdampfer herzustellen. Da die Kunden oft spezielle Anforderungen haben, existiert keine standardisierte Zusammenstellung von Komponenten, sondern wird spezifisch kombiniert. Die Benchmark-Analyse resultiert in einem Erfolg, da die Schwachstellen der eigenen Anlage ermittelt und auch Stärken gegenüber der Konkurrenz festgestellt werden konnten.



Mai, Vinh Hieu;
Numerische Untersuchungen zum konvektiven Wärmeübergang an angeströmten, rotierenden Zylindern mit rauer Oberfläche. - Ilmenau. - 78 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Die Strömung um einen rotierenden Kreiszylinder und die damit verbundenen Phänomene wie der Wärmeübergang, der Magnus-Effekt und die Kármánsche Wirbelstraße treten in einer Vielzahl technischer Anwendungen auf. Diese Phänomene treten nicht in allen Fällen auf die gleiche Weise auf und werden hauptsächlich durch die Faktoren Temperaturdifferenz, Strömungsgeschwindigkeit, Drehgeschwindigkeit und Oberflächenrauheit des Zylinders beeinflusst. Um die Einflüsse dieser Faktoren auf die oben genannten Phänomene zu untersuchen, wurden die numerischen Untersuchungen mit dem CFD-Programmpaket ANSYS Fluent durchgeführt. Gegenstand dieser Arbeit ist ein Luftstrom mit den Geschwindigkeiten 0, 0,1295, 1,0724 und 2,6044 m/s, der auf einen beheizten horizontalen Zylinder mit einem Durchmesser von 0,1 m trifft. In Kombination mit der Temperaturdifferenz, der Drehgeschwindigkeit und der Rauheit wurden ihre individuellen und kombinierten Einflüsse auf den Wärmeübergang, den Magnus-Effekt und die Kármánsche Wirbelstraße untersucht.



Hübner, Maria;
Characterisation of a pressure chamber loading element with aerostatic seals. - Ilmenau. - 83 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

In unserer heutigen Gesellschaft ist die Reduktion des Energieverbrauches der Bevölkerung und der Industrie eine globale Herausforderung und ein integrales Forschungsgebiet des Ingenieursberufes. Durch den momentan stark an Bedeutung gewinnenden Online- und Versandhandel und das Streben nach weniger Kunststoffverpackungen steigt die Nachfrage nach Karton als Verpackungsmaterial stetig, wobei die Produktion sehr energieaufwändig ist und große Reibungsverluste hat. Eine Verbesserung des Biegeausgleichssystemes hat das Potential, die Reibung signifikant zu reduzieren. Dieses besteht meist aus einem sich verbiegendem inneren, stationärem Schaft und einem äußeren, unverformten, sich bewegenden Mantel sowie ein oder mehrere abgedichtete Ölkammern dazwischen zur Kompensierung der Durchbiegung. Eine mögliche Umsetzung der Reibungsreduzierung ist das Ersetzen der Ölkammer mit einer druckbeaufschlagten Luftkammer mit umschließender poröser Dichtung. Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit war es, ein Designwerkzeug zu implementieren, welches die Auslegung von Prototypen eines Biegeausgleichssystems mit Luft als Arbeitsmedium vereinfacht. Im ersten Teil der Arbeit wurde untersucht, welche Formeln zur Beschreibung der Fluiddynamik und der Berechnung der Permeabilität geeignet sind. Anschließend wurde ein numerisches Modell einer Luftkammer mit umschließender poröser Dichtung und Gegenplatte aufgesetzt und mittels experimenteller Daten validiert. Eine systematische Variation von acht Eingangsvariablen wurde durchgeführt, um den Einfluss dieser Eingangsparameter auf die Leistungsparameter Verlustvolumenstrom, Tragfähigkeit und Steifigkeit zu identifizieren. Die Ergebnisse der Vorstudie zeigten qualitative Übereinstimmung für alle Leistungsparameter, wenn die Permeabilität mit der Darcy-Gleichung basierend auf dem Volumenstrom berechnet wurde. Das Strömungsverhalten wurde in dem porösen Material mittels der Darcy-Gleichung und in dem Luftspalt mittels Navier-Stokes-Gleichung beschrieben. Die Resultate des numerischen Modells der Luftkammer mit poröser Dichtung stimmten qualitativ mit den experimentellen Ergebnissen überein. Die systematische Variation ermöglichte Aussagen zum Verhalten des Systems bei Variation der Eingangsparameter. Zusammenfassend ist das implementierte Modell geeignet für eine unkomplizierte und kostengünstige Untersuchung von unterschiedlichen Eingangsparametern und kann somit den Entwicklungsprozess eines Biegeausgleichssystems mit Luft als Arbeitsfluid unterstützen.



Ennayar, Hatim;
Numerische Simulation des 2. Stokesschen Problems unter Magnetfeldeinfluss. - Ilmenau. - 76 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

In der Astrophysik und Geophysik werden magnetohydrodynamische Wellen, sog. Alfvén-Wellen, als ein Schlüsselelement beim Transport von Impuls und Energie angesehen. Aufgrund ihrer wichtigen Rolle in der Plasmaphysik haben sie in den letzten Jahrzehnten großes Interesse geweckt. Das Anfachen von Alfvén-Wellen in flüssigen Metallen im Labormaßstab ist jedoch nach wie vor von hohem Schwierigkeitsgrad, insbesondere bei mechanischer Anregung. Diese Arbeit untersucht numerisch unter Verwendung des kommerziellen Simulationsprogramms ANSYS-Fluent die Möglichkeit, Alfvén-Wellen in einem elektrisch leitfähigen Fluid in Bewegung mittels einer oszillierenden Wand unter Magnetfeldeinfluss zu erzeugen. Die numerischen Simulationen können den gleichen Einfluss der magnetischen Reynolds-Zahl auf die Ausbreitung der Wellen wie theoretisch reproduzieren. Darüber hinaus beeinflusst das magnetische Prandtl-Verhältnis die Geschwindigkeit jenseits der Hartmann-Schicht sowie die Reflexionseigenschaften von Alfvén-Wellen an isolierenden Wänden stark. Die Auswirkungen der Lundquist-Zahl und des ohmschen Dämpfungsverhältnisses auf die Intensität der Wellen stimmen mit der Theorie überein. Die Wirkung perfekt leitender Wände auf Grenzschichten und Reflexion wird ebenfalls diskutiert.



Einfluss von Oberflächenrauigkeiten auf den Magnus-Effekt anhand von numerischen Simulationen. - Ilmenau. - 51 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses von Oberflächenrauigkeit auf den Magnus-Effekt. Die Arbeit ist dabei Teil der Entwicklung eines neuartigen Spoilers für Fahrzeuge, der den Magnus-Effekt nutzt.Für die Untersuchung wurden numerische Berechnungen mit Hilfe des Programms Ansys Fluent gemacht. Dabei wurde die Rotationsgeschwindigkeit variiert und jede Berechnung einmal mit und einmal ohne Rauigkeit durchgeführt. Für die Auswertung wurden der Widerstandskoeffizient und der Auftriebskoeffizient im zeitlichen Verlauf herangezogen. Im Ergebnis konnte ein Einfluss der Oberflächenrauigkeit festgestellt werden, der sich sowohl positiv als auch negativ auf den Effekt auswirkt. Die Rauigkeit wirkt sich bei einem niedrigen Verhältnis von Oberflächengeschwindigkeit (V) zur Strömungsgeschwindigkeit (U) von bis zu V/U = 2 positiv aus. Über diesem Verhältnis, wirkt sich die Rauigkeit negativ aus. Zusätzlich wurde festgestellt, dass die durch den Magnus-Effekt erzeugte Kraft nicht kontinuierlich anliegt, sondern in gleichbleibender Frequenz schwingt.