In der modernen Motorenentwicklung setzt man zur Steigerung der Kühlleistung das lokale Sieden des Kühlmittels bewusst ein. Ziel dieses Projektes ist die Modellierung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit in der zweiphasigen Grenzschicht und die Implementierung des vorgeschlagenen Modellansatzes in einem CFD-Code. Die Berücksichtigung der Wirkung der Blasen auf die Strömung soll genauere Resultate bei der numerischen Simulation des Motorkühlkreislaufes ermöglichen.
In der modernen Motorenentwicklung strebt man eine immer höhere Leistungsdichte an. Dies führt zu großer thermischer Belastung der Bauteile, speziell des Zylinderkopfes. Bei Kühlmänteln von Verbrennungskraftmaschinen tritt neben dem einphasigen, konvektiven Wärmeübergang in thermisch hoch belasteten Regionen zusätzlich noch das physikalisch sehr komplexe Phänomen des unterkühlten Siedens auf. Sieden auf der Kühlmittelseite ermöglicht es schon bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten, im Vergleich zur einphasigen Konvektion sehr hohe Wärmeübergangszahlen zu erreichen. So kann besonders an kritischen Stellen die Bauteiltemperatur in Grenzen gehalten werden. In der zweiphasigen Grenzschicht verändert das Vorhandensein der Blasen das Strömungsprofil der flüssigen Phase. Ziel dieses Projektes ist die Modellierung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit in der zweiphasigen Grenzschicht und die Implementierung des vorgeschlagenen Modellansatzes in einem CFD-Code. Durch Berücksichtigung der Wirkung der Blasen auf die Strömung sollen genauere Resultate bei der Simulation des Motorkühlkreislaufes erhalten werden.
Die experimentellen Arbeiten wurden an einem Siedeprüfstand in Kooperation mit dem Institut für Strömungslehre und Wärmeübertragung (ISW) der TU-Graz durchgeführt. Die Blasendynamik wird dabei durch Aufnahmen mittels einer Hochgeschwindigkeitskamera untersucht. Mittels eines 2D Laser-Doppler-Anemometers (LDA) werden überdies die mittlere Strömungsgeschwindigkeit und die Turbulenzstruktur gemessen.
Basierend auf den gewonnenen Messdaten soll im Zuge dieses Projekts ein Modell zur realistischen Beschreibung der zweiphasigen Strömungsgrenzschicht bei Siedevorgängen hergeleitet werden. Damit das Grenzschichtmodell auch in der Motorauslegung verwendet werden kann, muss es für die Implementierung in CFD-Codes geeignet sein. Zur Überprüfung der Praxistauglichkeit des Modells wird es zu Simulationen des Wärmeübergangs an realen Verbrennungskraftmaschinen angewendet.
