Benjamin Franz M.Sc.

Simulation Blasensieden

Kontakt

Work L2|06
Alarich-Weiss-Straße 10
64287 Darmstadt

Seit 2015 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Technische Thermodynamik, TU Darmstadt
2015 Berechnungs- und Entwicklungsingenieur bei CTWe, Henfenfeld
2014 Masterarbeit: „Analyse der Fluid-Struktur-Interaktion einer Dampfturbinen-Endstufe inkl. Abström-Diffusor bei verschiedenen Teillast-Betriebspunkten“ (MAN Diesel & Turbo Oberhausen, SDS TU Darmstadt)
2011-2014 M.Sc. Mechanical and Process Engineering, TU Darmstadt
2012-2013 Auslandssemester an der Universidade Metodista de Piracicaba, Brasilien
2008-2011 B.Sc. Mechanical and Process Engineering, TU Darmstadt

Blasensieden ist aufgrund der realisierbaren hohen Wärmeströme auf kleinem Bauraum bei verhältnismäßig geringen Temperaturen ein vielversprechender Prozess zur Kühlung elektronischer Bauteile in Raumfahrtanwendungen, bspw. mittels Heat-Pipes. In der bisherigen Forschung wurden größtenteils empirische Zusammenhänge zur Hydrodynamik der Dampfblasen und zum Wärmeübergang ermittelt. Diese Korrelationen, die unter den Bedingungen der Erdschwerkraft ermittelt wurden, sind in Schwerelosigkeit nicht gültig. Die Mechanismen des Wärme- und Stofftransports beim Blasensieden in Schwerelosigkeit sind noch nicht hinreichend verstanden; Ziel des Projektes ist deren detaillierte Analyse durch verschiedene experimentelle und numerische Ansätze.

Zu diesem Zweck wurde unter Federführung der ESA ein Benchmark-Experiment mit dem Namen „Reference Multiscale Boiling Investigation“ („RUBI“) entwickelt, in dessen Rahmen in einer Testzelle Einzelblasen in einer laminaren Scherströmung in Schwerelosigkeit experimentell untersucht werden sollen. Vorbereitend dazu werden am Fachgebiet Technische Thermodynamik Experimente und numerische Simulationen des Siedevorgangs in der Testzelle durchgeführt.

Die Simulationen werden mit der Open Source-Toolbox OpenFOAM durchgeführt. Dies ermöglicht eine individuelle Anpassung des Strömungslösers an die speziellen Anforderungen der hier durchgeführten Rechnungen. Es kommt ein Volume of Fluid-Ansatz zur Modellierung der Zweiphasenströmung zum Einsatz, der am Fachgebiet erweitert wurde um ein Verdampfungsmodell mit besonderem Augenmerk auf die Verdampfung an der Dreiphasen-Kontaktlinie. Damit werden aufeinanderfolgende Blasenzyklen in der Testzelle simuliert und das besondere Ablöseverhalten der Dampfblasen in Schwerelosigkeit sowie die Wärme- und Fluidströme innerhalb der thermischen Grenzschicht über der beheizten Wand analysiert.

Simulation aufeinander folgender Blasenzyklen in OpenFOAM