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Für die Schubkennwertermittlung an faserverstärkten Kunststoffen existieren verschiedene Verfahren, die nur eine Prüfung bis zu einer vorgegebenen maximalen Schubdehnung zulassen. Die Grasse Zur Ingenieurgesellschaft hat auf Basis eines an der BAM entwickelten Schubrahmens ein Schubprüfsystem etabliert, das diese Nachteile aufhebt. Damit ist es nun erstmals möglich, Schubkennwerte ohne Einschränkung einer maximalen Schubdehnung effizient und mit sehr guter Reproduzierbarkeit zu ermitteln.
Für den Transport flüssiger Gefahrguter im Luftverkehr werden unter anderem Kunststoffverpackungen verwendet, die Leckagen aufweisen oder Permeation unterliegen können. Aufgrund der vorhandenen Belüftungsbedingungen ist eine Ansammlung entzündlicher oder gesundheitsschädlicher Gase im Frachtraum von Flugzeugen denkbar. Die Überschreitung ausreichender Konzentrationen solcher Gase kann zu einer Gefährdung führen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die Kabinenluftströmungen und der Stofftransport von Gefahrgut in Flugzeugfrachträumen mittels CFD untersucht. Zunächst erfolgt die Entwicklung eines geeigneten numerischen Modells auf der Grundlage eines generischen Frachtraums mit typischen Merkmalen.
Die verwendeten realitätsnahen Randbedingungen entsprechen aktuellen Flugzeugmustern. Das numerische Modell wird mittels experimenteller Modellversuche im Maßstab 1/10 validiert. Das Strömungsfeld im Frachtraummodell wird mittels eines LDA-Systems vermessen. Das validierte numerische Modell wird sowohl für Simulationen im Maßstab 1/10 als auch im Maßstab 1/1 verwendet. Anhand der drei Validierungskriterien Symmetrie, Verlaufe und Beträge der betrachteten Strömungsgrößen und einer LDA-Spektralanalyse wird insgesamt eine gute qualitative und quantitative Übereinstimmung zwischen Experiment und Simulation ermittelt. Eine systematische Untersuchung zeigt den Einfluss relevanter Parameter auf das Strömungsfeld und den Stofftransport. Zunächst werden die Einlassreynoldszahl und der Einlassturbulenzgrad sowie die Wandrauigkeit und Wandunebenheit bewertet. Für kleine Reynoldszahlen werden hohe Konzentrationen und für größere Reynoldszahlen werden deutlich geringeren Konzentrationen von Gefahrgut ermittelt. Anhand einer Variation in vier Schritten wird der Einfluss des Einlassmassenstromverhältnisses aus Luft und Gefahrgut bewertet. Erst für Werte von <1000 lasst sich ein signifikanter Einfluss feststellen. Es werden die Stoffe Toluol und n-Hexan beispielhaft für brennbare Gefahrgüter der Klasse 3 verwendet. Der Einfluss der Position und Gestalt verschiedener Einlassquellen wird an vier realitätsnahen Quellentypen bewertet.
Anhand vier verschiedener Transportszenarien wird die Ausbreitung von Gefahrgut im Modellmaßstab untersucht. Die Szenarien unterscheiden sich durch die Art der Belüftung und durch die Dauer des Gefahrgutaustritts. Szenarien mit aktiver Frachtraumbelüftung sind als eher unkritisch zu beurteilen. Die betrachteten Szenarien ohne aktive Frachtraumbelüftung sind als gefährlich einzustufen. Insbesondere das Szenario mit zeitlich unbegrenztem Gefahrgutmassenstrom erreicht kritische Konzentrationswerte und eine kritische Ausdehnung der Gefahrgutansammlung im Frachtraum. Diese Ergebnisse werden anhand zweier Szenarien im Maßstab 1/1 bestätigt. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag, das Verständnis der Strömungs- und Stofftransportvorgange im Flugzeugfrachtraum beim Transport von Gefahrgütern im Luftverkehr zu erweitern, um Risiken im Luftverkehr zu identifizieren. Die Allgemeingültigkeit und die Übertragbarkeit der Erkenntnisse auf Flugzeugmuster und Flugszenarien mit komplexeren Details sind zu prüfen.
Dangerous goods are transported as air freight in commercial aircrafts. Using plastic jerrycans or plastic containers, liquids or gases can escape by leakage or permeation effects. Prior research by the German Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) showed that the lower explosion limit can be reached when transporting dangerous goods in sea-freight containers under normal transportation situations. This motivated the presented study of the transportation situation of dangerous goods in cargo compartments of commercial airplanes. The scope of this paper is to present the experimental method used for validating a numerical model for CFD (Computational Fluid Dynamics) simulations. The CFD model will be used in a future study to evaluate the potential risk from transporting dangerous goods.
The objective of this paper is to present the model mock-up of an aircraft cargo compartment and some examples of three dimensional velocity profiles of the air flow in the mock-up. The velocity profiles are calculated using numerical simulations and measured by Laser-Doppler-Anemometry (LDA) experiments. The mock-up is a generic model of a wide-body aircraft lower deck cargo compartment in a 1:10 scale. Geometry, air exchange rates and inlet as well as outlet flow conditions in the cargo compartment are modeled using realistic boundary conditions. The commercial CFD (Computational Fluid Dynamics) code ANSYS CFX 14 is used for numerical flow simulations applying RANS (Reynolds-Averaged-Navier-Stokes) equations and turbulence models. The turbulence models studied are the renormalization group k-ε-model (RNG), the Reynolds-Stress model by Launder, Reece and Rodi (LRR) and the SST-k-ω-model by Menter (SST).
The flow measurement with LDA in the mock-up of a cargo compartment proves to be a feasible method for producing data to validate CFD simulations. Qualitative evaluation of the results shows a good overall agreement between numerical and experimental results. The experimental validation indicates that the implemented CFD model is capable of reproducing the flow situation in the model mock-up.
Using plastic jerrycans or plastic containers, dangerous goods are transported as air freight in commercial aircrafts. Liquids or gases can escape by leakage or permeation effects from these plastic containers. The German Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) conducted prior research which showed that the lower explosion limit can be reached when transporting dangerous goods in sea-freight containers under normal transportation situations. The presented study is motivated based on these findings. The research objective of this study is to analyze the transportation situation of dangerous goods in cargo compartments of commercial airplanes. The scope of this paper is to present the experimental method used for validating a numerical model for CFD (Computational Fluid Dynamics) simulations and to present some simulation results of the mass transport of dangerous goods in the cargo compartment.
The velocity profiles and the mass transport is calculated using numerical simulations and measured by Laser-Doppler-Anemometry (LDA) experiments. The mock-up is a generic model of a wide-body aircraft lower deck cargo compartment in a 1: 10 scale. Geometry, air exchange rates and inlet as well as outlet flow conditions in the cargo compartment are modeled using realistic boundary conditions. The commercial CFD (Computational Fluid Dynamics) code ANSYS CFX 14 is used for numerical flow simulations applying RANS (Reynolds-Averaged-Navier-Stokes) equations and turbulence models. The turbulence models studied are the renormalization group k-e-model (RNG), the BSL-Reynolds-Stress model (BSL) and the SST-k-co-model by Menter (SST).
The flow measurement with LDA in the mock-up of a cargo compartment proves to be a feasible method for producing data to validate CFD simulations. Qualitative evaluation of the results shows a good overall agreement between numerical and experimental results. The experimental validation indicates that the implemented CFD model is capable of reproducing the flow situation in the model mock-up
Für die Bewertung der Integrität von Tanks ist die detaillierte Kenntnis der belastungsrelevanten Parameter unabdingbar. Die Wärmeübergangszahl a ist eine derartige Größe. Die Wärmeübergangszahl bestimmt direkt die Größe der vorhandenen Beanspruchungen im Tank. Insofern sollte die Wärmeübergangszahl bekannt sein. Aus diesem Grund wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Für einen sich im Feuer befindlichen Tank ergibt sich die Wärmeübergangszahl zu 50 W/m2K. Auf dieser Basis konnten die bereits durchgeführten experimentellen Untersuchungen mithilfe der Methode der finiten Elemente nachgerechnet werden. Die dabei erzielten Ergebnisse sind infolge der getroffenen modelltechnischen sowie thermodynamischen Vereinfachungen als zufriedenstellend zu bezeichnen. In einem nächsten Schritt wird an einer verbesserten Modellierung sowie thermodynamischen Beschreibung der Verhältnisse im Tank gearbeitet.