FG Aerodynamik und Strömungslehre
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Flow pattern and heat transfer in a cylindrical annulus under 1g and low-g conditions: Experiments
(2017)
Ziele des Vorhabens sind die Verbesserung der Messtechnik für tribologische Untersuchungen in der Kolbengruppe aus dem Vorläufervorhaben Kolbenring-Öltransport I und die Untersuchung von verschiedenen Betriebsbedingungen und Komponenten hinsichtlich ihres Einflusses auf den Ölhaushalt. Der Fokus liegt auf der verbesserten Auflösung der Schmierfilmdickenmessung und der Ringstoßlagen. Mit der erweiterten Kapillar- und Lichtleiterkonfiguration werden neue Öltransportvorgänge entlang des Kolbenringpakets mittels Tracerinjektion und simultaner LiF-Messung beobachtet. Das methodische Vorgehen bei der optischen Analyse des Kapillarfüllungsgrades wird an einem Labor-Druckprüfstand weiterentwickelt.
Des Weiteren werden komplexe Simulationsmodelle erstellt, mit denen die Kolbensekundär-bewegung, die Kolbenringbewegung, die Gasströmung im Ringpaket und der Öltransport im Ringpaket geklärt werden können. Die Kolbensekundärbewegungsrechnung basiert auf einer FEM-Diskretisierung die aus CAD-Modellen sämtlicher Bauteile abgeleitet ist. Die dreidimensionale Berechnung der Kolbenringbewegung erfolgt unter Berücksichtigung dynamisch wirkender Kräfte aus der Bewegung, der Ringreibung, dem Gasdruck und den Zwischenring- drücken. Die Elastizität der Ringe wird berücksichtigt, so dass Biegung, Torsion und damit auch das Twisten abgebildet werden können. Nut- und Ringgeometrie sowie thermisch bedingte Verzüge fließen ebenfalls in die Berechnung mit ein. Als Ergebnisgrößen stehen neben den Ringbewegungen und -lagen auch die Gasströmungen und -drücke, Schmierfilmhöhen und Verlustleistungen zur Verfügung.