Projektdaten

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Experimentelle Untersuchung und Kontrolle von turbulenten Strömungsstrukturen in Mischkonvektion im stark verkleinerten Maßstab

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Ziel der Raum- und Fahrgastkabinenklimatisierung ist es, den Insassen behaglich temperierte Innenräume mit effizienten Energieeinsatz zu bieten. Zur Charakterisierung des Innenraumklimas sind Strömungsgeschwindigkeit und Temperatur von großer Bedeutung. Luftströmungen in geschlossenen Räumen (Büros, Hörsäle, Konzerthallen, Fahrzeug- und Flugzeugkabinen) werden vorwiegend durch die gemischte Konvektion geprägt, welches durch komplexe Klimaanlagen verwirklicht wird. Der Stoff- und Energietransport wird dabei durch Temperaturunterschied und Zuluftgeschwindigkeit als Randbedingungen charakterisiert. Obwohl in der Regel hochturbulent, ordnet sich das Geschwindigkeits- und Temperaturfeld in großskaligen Strukturen (LSC = large scale circulation). Diese charakterisieren maßgeblich den Stoff- und Energietransport, welcher wiederum für die Bewertung der Raumluftqualität entscheidend ist. Es konnte in Experimenten gezeigt werden, daß diese LSC sprungartige Übergänge mit scharfen Grenzen aufweisen. Bisherige experimentelle Untersuchungen belegen scharfe diskontinuierliche Strukturübergänge bei Variation der Kennzahlen, was Vorhersagen der Raumluftqualität verhindert. Etablierte Modelle dazu berücksichtigen diesen Aspekt bisher nur bedingt oder überhaupt nicht. Im Forschungsvorhaben sollen diese Strukturübergänge in einem weiten Ra- und Re-Bereich experimentell untersucht werden. Die Geometrie des bereits erfolgreich eingesetzten transparenten Modellraums ist der einer Passagierkabine nachempfunden. Die Strukturen sollen mit Stereo-Particel-lmage-Velocimetry (SPIV) , mit Thermistorsensoren und Laser-lnduced-Fluorescence (LIF) untersucht werden. Die Kennzahlvariation im Bereich realer Raumluftströmungen mit Hilfe des Modellraumes soll in der SCALEX-Anlage (Scaled Convective Airflow Laboratory EXperiment) unter Einhaltung von Ra, Re und Ar mit Luft und Schwefelhexafluorit mit Arbeitsdrücken zwischen 1 bar und 10 bar erreicht werden.