Studentische Arbeiten

abgeschlossene studentische Arbeiten

Anzahl der Treffer: 133
Erstellt: Thu, 28 Mar 2024 23:06:19 +0100 in 0.0611 sec


Lämmle, Christopher;
Experimentelle Untersuchungen zur thermischen und elektrischen Kontaktierbarkeit von Flüssigmetallen sowie deren Benetzungs- und Haftverhalten auf Untergründen. - 142 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Die seit einigen Jahren stetige Weiterentwicklung der Effizienz von Kraftfahrzeugen hat zunehmend zu einer Elektrifizierung des Fahrzeuges geführt. Großes, ungenutztes Potential steckt in der zurzeit noch ungenützten Abgaswärme. Ein Ansatzpunkt diese Energie zu nutzen ist die Thermoelektrizität. Durch die Integrierung eines thermoelektrischen Generators in den Abgasstrang wird mit Hilfe der Abgaswärme im thermoelektrischen Generator eine Spannung erzeugt, die den Strombedarf moderner Kraftfahrzeuge decken kann. Die Verbindungsleiter der thermoelektrischen Materialien im thermoelektrischen Generator sind stoffschlüssig miteinander verbunden. Im Betrieb sind dieser Verbindungstechnik Temperaturen von bis zu 550 ˚C ausgesetzt. Aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien entstehen thermomechanische Spannungen. Um das Entstehen dieser Spannungen zu verhindern, soll die starre Verbindung der thermoelektrischen Materialien durch eine Flüssigmetallschicht ersetzt werden. Zu Beginn der Arbeit wird eine Materialstudie durchgeführt, um generell geeignete, bei niedriger Umgebungstemperatur schmelzende Flüssigmetalle und deren Kontaktpartner zu bestimmen. Diese werden anschließend auf ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften getestet. Für einen optimalen Betrieb des thermoelektrischen Generators muss das Flüssigmetall sowie dessen Kontaktpartner eine gute thermische- und elektrische Leitfähigkeit aufweisen. In dieser Arbeit werden deshalb zunächst die thermischen- und elektrischen Einzelwiderstände untersucht und im Anschluss deren Übergangswiderstände experimentell ermittelt. Für einen idealen Wärme- und elektrischen Fluss muss das Flüssigmetall den Kontaktpartner bestmöglich benetzen und an ihm haften. Folglich wird das Benetzungs- und Haftverhalten des Flüssigmetalls am Kontaktpartner untersucht. Mit steigender Temperatur wird das Flüssigmetall chemisch reaktiver. Seine Auswirkungen auf den Kontaktpartner werden in Abhängigkeit der Temperatur und der Einwirkzeit erprobt.



Mansour, Abdallah;
Numerische Untersuchungen zur time-of-flight Lorentzkraft Anemometrie in Flüssigmetallströmungen mit freier Grenzfläche. - 108 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Lorentzkraft-Anemometrie (LKA) ist ein berührungsfreies elektromagnetisches Strömungsmessverfahren, das am Institut für Thermo- und Fluiddynamik der TU Ilmenau erforscht und patentiert wurde. Die Kalibrierung und Untersuchungen von LKA werden durch zwei Teststände, LiMeSCo (liquid metal surface velocity correlation measurements) und EFCO (electromagnetic flow control loop), erzielt. Durch LiMeSCo kann man den Einfluss von zwei LKA-Systemen auf die Strömung eines Fluid mit freier Oberfläche beobachten. Das hat große Bedeutung in der Metallherstellung, wobei das Fluid hohe Temperaturen aufweist, und es nicht einfach ist, die Geschwindigkeit des Fluid mit herkömmlichen Verfahren zu messen. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde eine Parameterstudie durchgeführt, wobei die Strömungen in LiMeSCo numerisch simuliert und physikalisch interpretiert wurden. Die geeignete Turbulenzmodellierung ist Large Eddy Simulation (LES). Das geeignete Fluid in der numerischen Simulation und bei LiMeSCo ist Galinstan (Ga-In-Sn). Die äußeren Magnetfelder werden durch Würfelmagnete erzeugt. Die wesentlichen Ergebnisse dieser Arbeit sind: der Abstand zwischen zwei LKA-System D beeinflusst die ausgelesenen Daten (Kraft-Zeit), weil die Magnetfelder überlagert werden. Der Abstand der LKA zur freien Oberfläche bestimmt die Ha-Zahl, und je größer die Ha-Zahl ist, desto größer ist die Minderung der Strömung, deshalb soll der Abstand H so groß wie möglich gehalten werden, sobald ein deutliches Kraft-Signal betrachtet werden kann. Die Verformung an der freien Oberfläche hat ähnliche Struktur vom sekundären Magnetfeld des Dauermagnets.



Stark, Tilman;
Experimentelle Charakterisierung eines Pulsrohrmotors. - 51 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012

In dieser Bachelorarbeit wird das Betriebsverhalten eines Pulsrohrmotors mithilfe eines selbst entwickelten Prüfstandes experimentell untersucht und dokumentiert. Ein funktionsfähiger Experimentalpulsrohrmotor existierte bereits im Vorfeld. Diese Arbeit konzertriert sich daher auf den Aufbau des Mess- und Regelsystems für den Betrieb des Motors, sowie die Aufnahme und Auswertung der Messreihen. Die Leistung der Maschine wurde unter Variation der Betriebsparameter Fülldruck, Temperatur, Wärmezufuhr und Betriebsfrequenz in verschiedenen Betriebszuständen vermessen. Auf der Basis der gewonnenen Ergebnisse kann ein umfassendes Bild der Leistungscharakteristik und Verlustmechanismen des Pulsrohrmotors gezeichnet werden. Als Abschluss der Arbeit werden daraus eine Leistungsprognose für die Erhöhung des Fülldruckes und weitere Optimierungsmöglichkeiten abgleitet.



Kath, Christian;
Direkte Numerische Simulation der turbulenten gemischten Konvektion in einem minimalen Kanal. - 93 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

In dieser Arbeit wurden Direkte Numerische Simulationen (DNS) von turbulenten gemischten und erzwungenen Konvektionsströmungen in Kanalgeometrien unterschiedlicher Größe durchgeführt. Die Ergebnisse der Srömungsfelder wurden räumlich und zeitlich so fein aufgelöst, dass keine zusätzlichen halbempirischen Modellannahmen notwendig waren. Für die numerischen Untersuchungen der Kanalströmungen wurde der quelloffene Simulationscode OpenFOAM genutzt, der auf einer von zweiter Ordnung genauen Finiten-Volumen Diskretisierung für unstrukturierte Gitter basiert. Die Genauigkeit der numerischen Methode wurde mit den statistisch analysierten Ergebnissen der turbulenten erzwungenen Konvektion geprüft und für gut empfunden. Schließlich wurden Simulationen mit turbulenten gemischten Konvektionsströmungen in einer minimalen Kanalgeometrie durchgeführt und analysiert.



Zink, Michael;
Simulation der thermofluiddynamischen Vorgänge in der Brennkammer eines Kreiskolben-Verbrennungsmotors. - 83 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012

Die Bachelorarbeit wird sich im Folgenden mit dem Kreiskolbenverbrennungsmotor befassen, einem neuartigen Motor, der auf einer Kombination von Otto- und Joule-Kreisprozess basiert. Zunächst werden thermofluiddynamische Grundlagen und die für die Simulation mit dem Programm ANSYS Fluent notwendigen Berechnungsmethoden erläutert, und anschließend, nach der Festlegung der Parameter für ein physikalisches Modell, schrittweise eine Vorstellung der 5 Varianten dargelegt, welche Gegenstand der Simulation sind. Nach der Definition der Randbedingungen in ANSYS Fluent folgt die Simulation. Die dabei ermittelten Werte und Ergebnisse werden kritisch reflektiert und analysiert. Den Schluss bildet eine Diskussion über die erzielten Ergebnisse mit Einschätzung des Kreiskolbenverbrennungsmotors und der Optimierungsmöglichkeiten.



Münster, Marian;
Messungen von lokalen Geschwindigkeiten in vertikalen spiraligen Rohrströmungen von flüssigen Metallen. - 69 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

In dieser Arbeit wurde ein berührungsloses Geschwindigkeitsmesssystem für Flüssigmetallrohrströmungen entwickelt und untersucht. Des Weiteren solle gezeigt werden, dass die zu untersuchende Strömung eine spiralige Form aufweist. Das bedeutet, dass die Strömungsgeschwindigkeit aus einer axialen und einer tangentialen Komponente besteht. Die Geschwindigkeit wird hierbei auf dem Prinzip der Lorentz Force Velocimetry untersucht. Aufgrund des Prinzips und der Geschwindigkeitsform hat auch die Lorentzkraft eine axiale und eine tangentiale Komponente. Beide Kraftkomponenten konnten nachgewiesen werden. Daraus lässt sich schließen, dass die Strömung rotiert und dass der entwickelte Sensor auch mehrdimensional arbeiten kann.



Fuchs, Sebastian;
Untersuchung eines Stoßdämpferventils im Hinblick auf Ungleichmäßigkeiten während des Öffnungsvorgangs mit CFD-Simulation und Versuch. - 69 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung und Verbesserung eines hydraulischen Ventils, welches in Stoßdämpfern zum Einsatz kommt. Es wird als Druckregelventil eingesetzt, um die Dämpfkraft einzustellen. Typische Ventile haben eine geknickte Druck-Durchfluss-Kennlinie. Es wurde nachgewiesen, dass dies zu Schwingungen der Kolbenstange führen kann, die im Resonanzfall mit dem Chassis eines Fahrzeugs wechselwirken können. Um unangenehme Geräusche und Vibrationen, die den Komfort mindern, zu vermeiden, muss der Knick in der Kennlinie geglättet werden. - In einem ersten Schritt wurde ein einfaches, analytisches Modell des Ventils aufgestellt. Anhand dieses Modells wurde herausgefunden, dass eine Kennlinienverrundung durch Beeinflussung des Kräftegleichgewichts am Ventilschieber erreicht werden kann. In der Praxis kann dies durch eine bestimmte Form des Ventilsitzes realisiert werden. Es wurden drei verschiedene Ventilsitzgeometrien mit Hilfe eines kommerziellen CFD-Programms untersucht. Als Ergebnis wurde eine optimierte Ventilsitzform gefunden. Die Theorie konnte durch Versuche erfolgreich verifiziert werden.



Rilk, Johannes;
Grenzschichtvisualisierung in turbulenter Rayleigh-Bénard Konvektion. - 46 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011

In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung eines Systems zur Visualisierung von Strömungsfeldern in unmittelbarer Wandnähe vorgestellt, das zur Beobachtung und Analyse der Vorgänge in der dort entstehenden Grenzschicht genutzt werden kann. - Für den dazu notwendigen Lichtschnitt werden zunächst verschiedene Varianten der Erzeugung diskutiert, zum Teil experimentell untersucht und anschließend ein Konzept zur praktischen Umsetzung ausgewählt. Genauso wird auch bei der Auswahl eines Partikelgenerators vorgegangen, der geeignet ist, sichtbare Teilchen in die Strömung einzubringen ohne diese dabei nennenswert zu beeinflussen. - Abschließend wird mit dem entstandenen Aufbau das Verhalten der Grenzschicht über der Heizplatte eines Rayleigh-Bénard-Experiments visualisiert und mit Fotos und hochaufgelösten Videos dokumentiert. Dabei werden auch einige typische Effekte näher betrachtet und untersucht.



Albrecht, Matthias;
Wärmeübertragung von einem Wärmespeicher zu einem Stirlingmotor-Receiver. - 65 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011

Inhalt dieser Bachelorarbeit ist die Überprüfung der Wärmeübertragungseigenschaften von einem Wärmespeichermedium über den Erhitzer eines handelsüblichen Stirling-Motors auf das Arbeitsgas desselbigen. Zu diesem Zweck werden für zwei unterschiedliche Wärmespeichermedien die Wärmeübergangskoeffizienten je nach Fall für die Konvektion oder die Strahlung rechnerisch ermittelt. Auf deren Basis wird die theoretisch zu erwartende Temperatur des Arbeitsgases bei Austritt aus dem Erhitzer berechnet. Die Wärmespeichermedien sind ein Thermoöl und Heizstäbe aus Siliziumcarbit. Zur Prüfung der berechneten Werte wird desweiteren in der Arbeit ein Versuch mit dem Thermoöl als Wärmespeichermedium durchgeführt. Aus Zeitgründen wurde auf einen Versuch mit Heizstäben als Wärmespeichermedium verzichtet.



Kaiser, Robert;
Dreidimensionale Geschwindigkeitsmessung in turbulenter Rayleigh Bénard Konvektion. - 44 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010

Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung von Geschwindigkeitsprofilen in der Grenzschicht des Ilmenauer Fasses. Das Fass stellt ein Rayleigh-Bénard-Experiment dar. In diesem Aufbau werden Luftmassen von unten durch eine Heizplatte erwärmt und an der Oberseite durch eine Kühlplatte abgekühlt. Es ist eindeutig durch die Temperaturdifferenz, der Geometrie und der Stoffparameter bestimmt. Innerhalb des Untersuchungsraumes bildet sich eine großskalige Strömungsstruktur aus, die für eine gute Durchmischung der Temperaturverhältnisse sorgt. Aufgrund des Temperaturunterschiedes erfolgt ein Wärmeübergang zwischen den beiden Platten. Ziel eines solchen Konvektionsexperimentes ist die Analyse des globalen Wärmetransportes, welcher durch diffusive und konvektive Prozesse bestimmt ist. In unmittelbarer Nähe zu den Platten entsteht, in Folge der konstanten Temperatur- und Haftbedingung der Grenzen, eine Schicht. Diese Schicht wird als Grenzschicht bezeichnet und ist durch eine starke Änderung des Anstieges der Temperatur- und Geschwindigkeitsprofile gekennzeichnet. Sie nimmt in der Analyse des globalen Wärmetransports eine Schlüsselrolle ein. Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf die Grenzschicht des Geschwindigkeitsprofils. Die Geschwindigkeitsgrenzschicht ist maßgeblich durch den Einfluss der Reibung geprägt. Man unterscheidet dabei zwischen der viskosen Reibung und der turbulenten Reibung, die durch die Fluktuationen der Strömung entsteht. Anhand dieser physikalischen Prozesse wird die Grenzschicht in einen laminaren, durch viskose Reibung dominierten, Bereich und in einen turbulenten, durch die Fluktuation bestimmten, Bereich eingeteilt. Der Übergang zwischen den Bereichen erfolgt dabei kontinuierlich. Mit Hilfe der Reibungsterme für eine isotherme plattenparallele Grenzschicht konnten diese Bereiche analytisch beschrieben und durch experimentelle Untersuchungen bestätigt werden. In den letzen Jahren hat sich allerdings ein neuer Ansatz, basierend auf der Navier-Stokes Gleichung für inkompressible Fluide und der Kontinuitätsgleichung, etabliert. Unter Zuhilfenahme der Symmetrieeigenschaften der Strömung fand man Gesetzmäßigkeiten zur Beschreibung einer Plattengrenzschicht. Das Ergebnis ist ein lineares, ein logarithmisches und ein exponentielles Skalierungsgesetz der Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Plattennormalen. Grundlage dieser Betrachtung sind Messungen der Geschwindigkeitsprofile unter Anwendung der Laser-Doppler-Anemometrie unterhalb der Kühlplatte. Es wurden dabei zwei unterschiedliche Temperaturdifferenzen der Platten experimentell unter sucht. Die Messreihen entstammen einer separaten Arbeit im Fachgebiet für Thermo- und Magnetofluiddynamik an der Technischen Universität Ilmenau. Der erste Teil der Arbeit erläutert die Nachverarbeitungsschritte, die notwendig sind, um die kartesischen Geschwindigkeitsprofile zu berechnen. Er ist untergliedert in drei Punkte. Zunächst werden sogenannte Ausreißer detektiert und aus der Betrachtung ausgeschlossen. Die Entstehung der Ausreißer folgt aus dem Messaufbau. Beispielsweise traten Interaktionen des Messvolumens mit den Systemgrenzen auf, die abnormale Messwerte der Geschwindigkeiten lieferten. Auf Grund des verwendeten Messmodus sind die Zeitsignale der unterschiedlichen Geschwindigkeitsrichtungen nicht äquidistant. In Folge dessen ist eine Interpolation der Zeitreihen erforderlich, um im letzten Schritt die kartesischen Geschwindigkeitskoordinaten zu ermitteln. Auf Basis dieser Verarbeitungsschritte ist die Berechnung der plattenparallelen und wandnormalen Geschwindigkeitskomponente möglich. In unmittelbarer Nähe zur Platte hat sich gezeigt, dass die Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Wandnormalen verschwindet. Dies ist eine wichtige Annahme bei der Herleitung der Skalierungsgesetze aus der Symmetriebetrachtung und garantiert die Anwendung dieser Gesetzmäßigkeiten. Im Laufe der Untersuchung konnte das bekannte lineare und logarithmische Wandgesetz auf die Messdaten angewendet werden. Im Weiteren hat sich herausgestellt, dass der Übergang der Grenzschicht zur reibungsfreien Außenschicht sehr gut durch das neue exponentielle Wandgesetz beschrieben wird. Im Sinne eines besseren Verständnisses sind weitere experimentelle Untersuchungen notwendig. Im Vordergrund sollte dabei die systematische Erfassung verschiedener Temperaturdifferenzen und Plattenentfernungen stehen. Anhand der Vielfalt von unterschiedlichen Bedingungen ist beispielsweise eine Analyse der Skalierungsgesetze hinsichtlich ihrer Koeffizienten möglich.