Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
In der Lackier- in Kunststofftechnik gehen heute sehr gro\u00dfe Energiemengen verloren. Beispielsweise wird bei Trockenschr\u00e4nken bzw. Trocknungs\u00f6fen die hei\u00dfe Trocknungsluft direkt abgef\u00fchrt, da sie durch die beim Trockenvorgang freigesetzten fl\u00fcchtigen Stoffe kontaminiert ist. Das Ziel des Vorhabens ist, diese W\u00e4rmeverluste durch die Integration von kleinen W\u00e4rmetauschern in den Prozess zu vermeiden. Der W\u00e4rmetauscher entzieht der hei\u00dfen Abluft die Restw\u00e4rme, die dann als Prozessw\u00e4rme zur Verf\u00fc-gung steht.
\nBei gro\u00dfvolumigen Prozesstechniken werden heute entsprechende W\u00e4rmetauscher zur W\u00e4rmer\u00fcckge-winnung bereits erfolgreich eingesetzt. F\u00fcr klein- bis mittelvolumige Chargen jedoch verhindert bisher der sehr hohe Wartungsaufwand f\u00fcr die W\u00e4rmetauscher einen erfolgreichen Einsatz. Konventionelle W\u00e4rmetauscher, die von einer mit chemisch aggressiven oder reaktiven Partikeln beladenen Warmluft durchstr\u00f6mt werden, versotten h\u00e4ufig und m\u00fcssen \u00fcblicherweise schon nach einigen Tagen aufwendig gereinigt werden. Das Vorhaben hat zum Ziel, einen W\u00e4rmetauscher f\u00fcr klein- bis mittelvolumige Tro-ckenschr\u00e4nke zu entwickeln, der f\u00fcr den Langzeitbetrieb geeignet ist. Die Anforderungen an diesen neuartigen W\u00e4rmetauscher sind, dass er im Idealfall wartungsfrei arbeitet oder zumindest mit geringem Aufwand in Abst\u00e4nden von ca. 6 Monaten zu reinigen ist. Basierend auf den physikalischen Grundlagen von turbulenten Partikelgrenzschichtstr\u00f6mungen werden str\u00f6mungstechnische, konstruktive und werk-stofftechnische Ma\u00dfnahmen untersucht, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Des weiteren werden numerische Simulationsrechnungen mit dem CFDTool FLUENT und Experimente mittels einer Testanlage durchgef\u00fchrt.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Arbeitsschritte k\u00f6nnen wie folgt unterteilt werden:
\n–\tProblemanalyse, Untersuchung existierender Ergebnisse und L\u00f6sungen, Literaturrecherche und Festlegung eines Arbeitsplans
\n–\tHerausfinden der regelnden physikalischen und mathematischen Hintergr\u00fcnde der Ablagerung der Lack-L\u00f6semittel-Mischung in einem Platten-Luft-Luft-W\u00e4rmetauscher
\n–\tFestlegung der wirkenden Str\u00f6mungsparameter zur Verringerung der Ablagerung
\n–\tFestlegung realisierbare L\u00f6sungswege
\n–\tDurchf\u00fchrung der numerischen Simulationen zur Feststellung der Auswirkung der Verwendung verschiedener Austauschoberfl\u00e4chenprofile
\n–\tAuswertung der Ergebnisse der numerischen Simulationen und Diskussion
\n–\tErweiterung der Ergebnisse der numerischen Simulationen
\n–\tFestlegung der notwendigen Experimente und Erstellung eines Experimenteplans in Abh\u00e4ngigkeit von den untersuchten Parametern
\n–\tKonzipierung, Konstruktion, Fertigung, Zusammenbau, Programmierung der Steuerung und Inbetriebnahme einer Testanlage
\n–\tDurchf\u00fchrung des Experimenteplans
\n–\tAuswertung der Ergebnisse der Experimente und Diskussion
\n–\tAuswertung der gesamten Ergebnisse
\n–\tFestlegung eines Konstruktionskonzept eines Prototyps
\n–\tKonstruktion, Fertigung, Testen und Einsatz eines geeigneten Stempels zur Deformierung der Aus-tauschplatten
\n–\tKonstruktion, Zusammenbau und Testen des Prototyps unter Betriebsbedingungen
\n–\tVerbesserung des Prototyps mit Hilfe der gewonnenen Kenntnisse der Testphase des Prototyps
\n–\tSerienproduktion<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Durch die Erh\u00f6hung der Schubspannung an den W\u00e4rmeaustauschoberfl\u00e4chen ist es nachweislich m\u00f6glich die Ablagerungsquote der Lack-L\u00f6semittel-Mischung in einem Platten-Luft-Luft-W\u00e4rmetauscher zu verringern.
\nGleichzeitig muss der Turbulenzgrad der Str\u00f6mung bestimmte Grenzen nicht \u00fcbersteigern, damit die Ablagerungsrate nicht massiv steigt.
\nDie Erh\u00f6hung der Schubspannung wird durch zwei Methoden durchgesetzt:
\n–\tVerwendung von bestimmten schubspannungserregenden Oberfl\u00e4chen: eine Wellenreihe mit einem halbkreisf\u00f6rmigen Profil, die einviertel der Spalth\u00f6he hoch ist und ein Wellenanstand von zweieinhalb der Spalth\u00f6he hat, erzeugt gen\u00fcgend Schubspannung, ohne den Turbulenzgrad massiv zu erh\u00f6hen und ohne dass die Druckverluste stark steigen
\n–\tErh\u00f6hung der Reynolds-Zahl der Str\u00f6mung: eine Reynolds-Zahl in dem Bereich 4000 – 500 l\u00e4sst die Ablagerungsquote stark sinken, ohne dass die Druckverluste stark steigen
\nDiese Methoden werden zusammen in einem Prototyp integriert und getestet.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
–\tZaki Hussien, Entwicklung eines W\u00e4rmetauschers f\u00fcr Lacktrockenanlage, Fachgebietskolloquium Thermo und Magnetofluiddynamik, TU Ilmenau, 03.02.2005
\n–\tZaki Hussien, Christian Karcher, Entwicklung eines W\u00e4rmetauschers f\u00fcr Lacktrocken\u00f6fen, Internati-onales Wissenschaftliches Kolloquium, TU Ilmenau 19.-23.09.2005
\n–\tZaki Wimmer, Christian Karcher, Die Ablagerung von Lack-L\u00f6semittel-Mischung in einem Luftspalt zwischen zwei Platten, CIT- Chemie Ingenieur Technik Journal, 3.2009 (noch nicht zugesagt)
\n–\tZaki Wimmer, Die Ablagerung von Lack-L\u00f6semittel-Mischung in einem Platten-Luft-Luft-W\u00e4rmetauscher, Vortrag in BCI Fakult\u00e4t, Str\u00f6mungsmechanikinstitut, 13.5.2009
\n–\tZaki Wimmer, Christian Karcher, Die Ablagerung von Lack-L\u00f6semittel-Mischung in einem Platten-Luft-Luft-W\u00e4rmetauscher, Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, TU Ilmenau 07. 11.9.2009<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Durch die Erh\u00f6hung des Turbulenzgrads in den Str\u00f6mungskan\u00e4len des W\u00e4rmetauschers und durch die Verwendung von speziellen Beschichtungsmaterialien k\u00f6nnen die Absto\u00dfkr\u00e4fte zwischen Wand und Partikeln verst\u00e4rkt werden. Dadurch kann das Verkrusten der W\u00e4rmetauscheroberfl\u00e4chen durch Abscheidung von Schmutz- und Schadstoffpartikeln deutlich verringert werden. Zur Verifikation dieser theoretischen Ergebnisse wird ein entsprechendes Modellexperiment geplant. Die Messergebnisse k\u00f6nnen direkt mit den theoretischen Vorhersagen der Problemanalyse und den numerischen Rechnungen ver-glichen werden. Ein weiteres Ziel dabei ist, verschiedenartige Beschichtungsmaterialen und Ma\u00dfnahmen zur Turbulenzgenerierung zu testen und optimal einsetzen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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