FG Aerodynamik und Strömungslehre
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In aktuellen mikro-elektronischen Systemen müssen verschiedene aktive und passive Bauteile auf engstem Raum miteinander auf dem Substrate (bspw. FR4-Leiterplatte) kombiniert werden. Die dabei stetig steigende Leistungsdichte bedarf einer optimierten Kühlstrategie und der Definition von konduktiven und konvektiven Entwärmungspfade, die bereits während der Layout-Designphase der Baugruppe berücksichtigt werden sollten. Strömungsmechanische Simulationen (CFD) können dabei ein erstes Abbild zur Analyse von Kopplungseffekten zwischen den Wärmequellen und der Umgebung liefern. Diese sind jedoch oft zeitaufwendig und es bedarf zumindest ein gewisses Grundverständnis, um die Fluid-mechanischen Parameter, das Vernetzen der Geometrien und die gewonnenen Ergebnisse korrekt zu interpretieren. Erste analytische Ansätze zur reduzierten Beschreibung von ungehäusten Chips auf Leiterplattensubstrat können durch thermische Widerstandsnetzwerke abgebildet und durch Aufteilung der Wärmeströme in Richtung Substrat (Wärmeleitung) und in Richtung des bewegten Fluides (Konvektion) näher beschrieben werden.
Experimentelle Untersuchung von Gebäude-integrierten Windführungen mit Laser-Doppler- Anemometrie
(2015)
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.
LDA-Messungen zur Untersuchung barokliner Instabilitäten, Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik
(2002)
Die Projektreihe Kolbenring-Öltransport dient der Untersuchung der tribologischen Zustände in der Kolbengruppe. Dabei wurde im ersten Projektabschnitt ein 0,5-l-Einzylinder-Forschungsmotor aufgebaut, der mit zahlreichen Sensoren ausgerüstet ist, um diese Zustände messtechnisch zu erfassen. Im zweiten, hier ausschnittsweise vorgestellten Projektabschnitt wurden zusätzliche Simulationsmodelle implementiert, die durch Abgleich mit den aufgezeichneten Messdaten an Genauigkeit gewinnen und zum Verständnis des Ölhaushalts in der Kolbengruppe erheblich beitragen.