Bachelorarbeit Pascal Weber

 

Untersuchung des Anfahr- und Abklingverhaltens von turbulenten Freistrahlen mittels CFD Simulation

Geschwindigkeitsverteilung eines turbulenten Freistrahls Urheberrecht: EBC Geschwindigkeitsverteilung eines turbulenten Freistrahls

Gepulste Freistrahlen besitzen ein hohes Potential Wohnungslüftungssysteme in Teillastzuständen zu optimieren. Im Gegensatz zu den in der Literatur gut beschriebenen ausgebildeten Freistrahlen, bestehen bei den gepulsten Freistrahlen noch große Unklarheiten. Deshalb ist das Ziel der vorliegenden Arbeit weitere Erkenntnisse über gepulste Freistrahlen zu gewinnen. Zu diesem Zweck wurde ein Simulationsmodell in Ansys aufgebaut und mit Literaturwerten validiert, wobei dafür auch die Sensitivität der Zeit- und Ortsdiskretisierung untersucht wurde. Für die Turbulenzmodellierung in Ansys wurde die Grobstrucktursimulation (Large Eddy Simulation, LES) gewählt. Die Pulsation der Freistrahlen wurde in Anfahr- und Abklingvorgang aufgeteilt, welche durch Rampenfunktionen beschrieben werden können. Diese Anfahr- und Abklingvorgänge wurden mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Rampensteigungen simuliert, anschließend ausgewertet und miteinander verglichen. Aus den Simulationen des Anfahrvorgangs geht hervor, dass der Freistrahl bis zu einer bestimmten Geschwindigkeit nur aus dem laminaren Kernbereich besteht. Nachdem diese kritische Geschwindigkeit überschritten wird, fängt der Freistrahl von der Spitze des Kerns an turbulent umzuschlagen bis der komplette Freistrahl turbulent ist. Analog dazu bildet sich beim Abklingvorgang ab einer bestimmten Geschwindigkeit ein immer größer werdender Kernbereich. Abschließend wurden approximative Formeln zur Berechnung der Kernlängen in Abhängigkeit von der Einlassgeschwindigkeit entwickelt.