Art der Arbeit:
Konstruktive Studienarbeit, (alte DPO)
Aufgabenstellung
Poröse Körper und Gewebepackungen finden als Regeneratoren in thermischen Anlagen eine breite Anwendung. Ein charakteristisches Beispiel ist der Regenerator von Stirlingmaschinen, der meist aus geschichteten Gewebelagen besteht. Dabei besteht in Abhängigkeit des Temperaturgradienten, des thermischen Leitwertes des Materials und der effektiven Geometrie, wie Leitungslänge und Leitungsquerschnittes, ein energetisches Verlustpotential durch thermischen Kurzschluß. Bei Stirlingkältemaschinen limitiert u.a. der thermische Kurzschluß zusätzlich das erreichbare Temperaturminimum. Die effektive Geometrie oder Verknüpfungsstruktur zur Quantifizierung des Verlustpotentials ist jedoch für die i. a. verwendeten Gewebelagen und porösen Festkörper unbekannt und theoretisch nur unzureichend erfaßbar.
Ein schon bekanntes Verfahren zur Bestimmung der Verknüpfungsstruktur stützt sich auf die Analogie zur elektrischen Leitung. Dieses scheitert jedoch dabei an der Unähnlichkeit der Kontakt- und Oberflächenwiderstände. Erkennbar wurde bei dieser Methode jedoch, daß die Verknüpfungsstruktur auch eine Funktion der Axialkraft bzw. der Stapelhöhe der Gewebepackung ist. Eine alternative Meßmethode besteht darin, über den Prüfkörper und dazu in Reihe geschalteter Referenzkörper mit bekanntem thermischen Widerstand einen stationären Wärmefluß zu führen und die Temperaturgradienten der jeweiligen Körper zu messen. Unter der Annahme eines konstanten Wärmestroms durch die Referenz- und den Probekörper kann so auf den thermischen Widerstand der unbekannten Probe geschlossen werden. Zur Überprüfung der auftretenden Wärmestrahlung sollen jeweils ein Referenzkörper vor und hinter der Probe angeordnet werden. Um die Mikrokonvektion innerhalb des porösen Körpers zu unterdrücken, ist der Versuch im Grobvakuum (1013-100mbar) durchzuführen.
Im Rahmen der vorgesehenen Bearbeitungssdauer (ca.120h) umfaßt die Studienarbeit die theoretische Ausarbeitung hinsichtlich einer meßtechnisch akzeptablen und zugleich mit den vorhandenen Mitteln kostengünstig zu realisierenden Lösungsmöglichkeit, sowie eine Gegenüberstellung möglicher Entwürfe. Dabei ist eine Abschätzung der möglichen bzw. erforderlichen und sinnvollen Temperaturmeßbereiche in Abhängigkeit der Proben vorzunehmen. Die Kräfte sollen mit einer im Labor vorhandenen Kraftmeßdose ermittelt werden. Die Längenänderungen des Probekörpers sollen mittels herkömmlicher Mikrometerschraube in Abhängigkeit der Kraft gemessen werden können.
Der praktische Teil der Studienarbeit bezieht sich auf die Auslegung und Konstruktion des gewählten Konzepts. Dabei sollen die im theoretischen Teil erarbeiteten Grundlagen zur Auslegung hinsichtlich der Festigkeit und Konstruktion der Einzelteile dienen. Die Erzeugung des Vakuums braucht hierbei konstruktiv nur durch einen entsprechenden Anschluß berücksichtigt werden. Insgesamt soll darauf geachtet werden, daß alle Teile in der Werkstatt des FB15 gefertigt werden können und, so weit sinnvoll, auf Zukaufteile verzichtet werden.
Bearbeiter:
F. Harries
Prüfer:
Prof. Dr.-Ing. W. Steinchen
Dipl.-Ing. P. Mäckel
Betreuer:
Dipl.-Ing. P. Mäckel
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