Inbetriebnahme eines Icing-Windkanals zur Untersuchung vom Aufprall unterkühlter Tropfen in kalter Luftströmung

Inbetriebnahme eines Icing-Windkanals zur Untersuchung vom Aufprall unterkühlter Tropfen in kalter Luftströmung

Masterthesis, Bachelorthesis

CAD Modell des Icing Wind Kanals
CAD Modell des Icing Wind Kanals

Eisanlagerungen stellen eine Herausforderung für viele technische Bereiche dar. Besonders in der Luft- und Raumfahrt können durch das Anhaften von Eis die Effizienz und die Sicherheit erheblich beeinflusst werden. Eisansammlungen an Tragflügeln erhöhen den Luftwiderstand und somit den Treibstoffverbrauch, gleichzeitig führt die Vereisung von Messsonden zu fehlerhaften Signalen, die die Sicherheit beeinträchtigen können. Der Effizienzverlust durch Vereisung lässt sich auch bei Windrädern in kalten Gebieten feststellen. Ein Phänomen, das zum Anhaften von Eis führen kann, ist der Aufprall von unterkühlten Wassertropfen. Bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts befinden sie sich in einem flüssigen meta-stabilen Zustand und erstarren erst durch einen externen Impuls, bspw. den Aufprall auf eine Oberfläche. Anknüpfend an vorangegangene Experimente, in denen der Tropfenaufprall bei Unterkühlungen bis -18°C untersucht wurde, soll nun der Einfluss einer kalten Luftströmung auf das Verhalten der aufprallenden Tropfen erforscht werden. Hierzu soll am Fachgebiet des SLA ein Windkanal dienen, der innerhalb einer Tiefkühlzelle aufgebaut ist. Die Messungen zur Validierung des Strömungsprofils werden zurzeit durchgeführt. Die Untersuchung der Aufprallexperimente erfolgt durch Aufnahme von High-Speed Videos und anschließender Analyse mithilfe eines Bildverarbeitungsprogramms.

Im Rahmen dieser Arbeit soll, nach einer Einarbeitung die zugrundeliegende Theorie der Experimente, der Windkanal für die Tropfenexperimente in Betrieb genommen werden. Dazu gehört der Aufbau eines Tropfeneinbringmechanismus oberhalb des Kanals, um eine reproduzierbare Durchführung der Experimente zu gewährleisten. Außerdem soll eine Aufpralloberfläche innerhalb der Windkanaltestkammer installiert werden. Zum Abschluss der Inbetriebnahme sollen erste Experimente mit unterkühlten Tropfen durchgeführt werden und je nach Umfang der Arbeit (Bachelor-/Master) auch ausgewertet werden.

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