Stark, P: Prozesssimulation der Bauteil-Abschreckung in flüs

Ein Prozesssimulationsansatz zur Berechnung der Strömungsstruktur und des Wärmeübergangs sowie des Werkstoffverhaltens beim Abschrecken metallischer Bauteile in Flüssigkeiten wird vorgestellt. Dabei wird ein neuartiger Modellansatz zur Beschreibung des kompletten Siedeverlaufs in allen Siedephasen an der Bauteiloberfläche verwendet. Basierend auf thermischen und mechanischen Gleichgewichtszusammenhängen werden Kriterien abgeleitet, anhand derer lokal überprüft wird, ob und in welchem Maße Verdampfung oder Kondensation des Abschreckmediums auftritt. Auf diese Weise stellen sich zeitabhängig charakteristische Verteilungen der Dampfphase ein, so dass die Siedephasen des Filmsiedens, des Blasensiedens sowie der Konvektionsphase abgegrenzt werden können. Innerhalb der einzelnen Siedephasen können die lokalen Wärmeübergänge an der Bauteiloberfläche abgebildet werden. Der Leidenfrostpunkt ist dabei ein direktes Simulationsergebnis, das sich in Abhängigkeit von den Wärmeströmen von der Wand zur Liquid- bzw. zur Dampfphase bestimmen lässt.Für parallel umströmte zylindrische Bauteile wird der aus dem instationären Strömungsfeld resultierende Abkühlverlauf im Bauteil für verschiedene Anströmgeschwindigkeiten ermittelt. Der Vergleich zwischen Abschreckexperiment und Strömungssimulation zeigt, dass die zeit- und ortsabhängige Abfolge der Siedephasen und die lokalen Abkühlverläufe im Körper in guter Übereinstimmung wiedergegeben werden.Das siedephasenübergreifende Simulationsmodell ermöglicht die Analyse von Prozessgrößen, die experimentell nicht oder nur sehr aufwändig erfassbar sind. So können der Verlauf der Leidenfrosttemperatur sowie zeitabhängige, lokale und flächengemittelte Wärmeübergangskoeffizienten an der Bauteiloberfläche während des