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Diese Arbeit bezieht sich auf die Annahme, dass es im Speicher genau wie im Gewässer eine starke Temperaturschichtung geben muss. Diese wirkt sich unterschiedlich auf die Wärmeverluste aus. So sind an der Oberfläche höhere Verluste als im unteren Bereich des Behälters zu erwarten. Die Zielsetzung besteht in erster Linie darin, die Temperaturschichtung zu berechnen, um Auswirkungen auf die Effizienz abschätzen zu können. Neben der Betrachtung der Effektivität wird in dieser Arbeit auch viel Wert auf die Randbedingungen gelegt. Es werden Annahmen getroffen, die die Einflüsse auf die Temperatur möglichst realitätsnah beschreiben. Dafür werden zunächst die verwendeten physikalischen Grundlagen erläutert.
Flugzeugtriebwerke und insbesondere deren Schaufeln erfahren im Einsatz einen mechanischen, thermischen und chemischen Angriff, der sich negativ auf die Lebensdauer der Bauteile auswirkt. Zur Erhöhung der Lebensdauer der Triebwerksschaufeln werden diese mit Schutzschichten versehen. Das Hohlkathoden-Gasfluss-Sputterverfahren (GFS) bietet eine Alternative zu den konventionellen Beschichtungsverfahren. Es ist in der Lage, die komplex geformten Bauteile komplett zu beschichten, ohne sie zu manipulieren oder eine zweite Beschichtungsquelle einzusetzen. Durch den Einsatz eines hohen Inertgasstroms gelangt das abgesputterte Material von der Beschichtungsquelle zu den „Non Line of Sight“-Bereichen (NLOS) des Substrats. Mit den Modellwerkstoffen Titan und Wolfram wurde im ersten Teil der Arbeit der Zusammenhang zwischen Schichtmorphologie und Prozessparametern beim GFS untersucht. Im zweiten Teil konnte gezeigt werden, dass die Schichtabscheidung und damit die Fähigkeit NLOS-Bereiche zu beschichten von der Gasströmung abhängen. Dadurch ist es möglich, den Stoffübergang mit der Grenzschicht-Theorie zu erklären und die Gasströmung während des Beschichtungsprozesses zu simulieren.
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines neuen Strömungs-Simulators. Dabei werden die instationären Navier-Stokes-Gleichungen im inkompressiblen Fall und ohne Energie-Gleichung betrachtet und numerisch in zwei und drei Dimensionen gelöst. Die Frage der Wahl der numerischen Methoden stellt sich zwischen Finite-Volumen- (FVM) und Finite-Elemente-Methode (FEM), die im zweidimensionalen Fall für Delaunay-Triangulierungen und Raumdiskretisierungen niedriger Ordnung verglichen werden. Der Strömungs-Simulator wird nach Prinzipien der generativen Programmierung entwickelt. Sämtliche Daten werden auf statische (vor der Kompilierung bekannte) und dynamische (erst in der Laufzeit bekannte) Daten verteilt. Demzufolge wird ein Simulator in der Kompilierungszeit aus elementaren, wiederverwendbaren Software-Komponenten zusammengestellt. Darüber hinaus werden einige Teilberechnungen mit statischen Daten in der Kompilierungszeit durchgeführt. Damit erreicht man eine hohe Effizienz bezüglich CPU-Zeit und Speicher-Verbrauch. Diese neue Software wurde in der Programmiersprache C++ mit Template-Metaprogrammierung implementiert und wird als Generative Simulation Solver (GSS) bezeichnet.