Numerische Analyse transienter Wärmetransport- und Wärmespeicherungsmechanismen in Heizwand und Fluid beim Blasensieden eines binären Gemisches:
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Düsseldorf
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2009
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| adam_text | Titel: Numerische Analyse transienter Wärmetransport- und Wärmespeicherungsmechanismen in Heizwand und Fl
Autor: Fuchs, Thomas
Jahr: 2009
Inhaltsverzeichnis
Nomenklatur VIII
1 Einleitung 1
1.1 Stand der Forschung 2
1.2 Ziele und Procedere 4
2 Grundlegende Gleichungen 6
2.1 Allgemeine Annahmen 6
2.2 Die Erhaltungsgleichungen 8
2.2.1 Massenerhaltung 9
2.2.2 Impulserhaltung 10
2.2.3 Energieerhaltung 11
2.2.4 Berücksichtigung der freien Konvektion 12
2.3 Materialgleichungen 13
2.4 Randbedingungen 15
3 Verfahren zur Beschreibung topologisch veränderlicher Rechengebie¬
te 24
3.1 Particle Verfahren 26
3.2 Volume FVaction Verfahren 28
3.3 Level Set Verfahren 33
3.4 ALE Verfahren 38
3.5 Problemspezifische Auswahl des beschreibenden Algorithmus 40
4 Numerische Umsetzung des beschreibenden Gleichungssystems 43
4.1 Grundzüge des Finite-Elemente-Verfahrens 43
4.1.1 Systematik der Finiten Elemente 47
4.1.2 Elementklassen 50
4.2 Das Penalty Verfahren 52
4.3 Linearisierung und Zeitdiskretisierung 54
5 Validierung der ALE-Implementierung und verschiedener Modellan¬
nahmen °
5.1 Der gebrochene Damm 59
5.2 Stationär aufsteigende Blase 61
5.3 Anwachsende und gleichzeitig aufsteigende Siedeblase 64
5.4 Anwachsende Siedeblase im schwebenden Zustand 68
6 Modellierung des Siedevorgangs ^2
6.1 Modellierungsstrategie 2
6.2 Wachstumsperiode 82
6.3 Ablöseperiode 88
6.4 Aufstiegsperiode 95
7 Erweiterte Modelltheorie 100
7.1 Translation der Dampfblase 100
7.1.1 Resultierende Auftriebskraft 102
7.1.2 Virtuelle Massenkraft 105
7.1.3 Haltekraft innerhalb der Mikrozone 107
7.1.4 Weitere Kräfte und die Behandlung des Gesamtsystems 109
7.2 Die Mikrozone H1
7.2.1 Druckverteilung in der Mikrozone 113
7.2.2 Verdampfungsvorgänge an der Phasengrenze 116
7.2.3 Energieerhaltung 122
7.2.4 Impulserhaltung 125
7.2.5 Bilanz der Masse 126
7.2.6 Aufstellen des Gesamtgleichungssystems 130
8 Ergebnisse 134
8.1 Validierungsproblematik des Gesamtmodells 135
8.2 Bilanzierende Analyse des Siedeprozesses 136
8.2.1 Modellbewertung 154
8.3 Siedetechnischer Einfluss der Heizwand 156
9 Zusammenfassung und Ausblick 165
A Ergänzende Gleichungen 169
A.l Krümmung der Grenzfläche 169
A.2 Ableitung der Young-Laplaceschen Gleichung 170
A.3 Alternative Ableitung der Finite-Element-Methode 172
A.4 Zeitliche Ableitung geometrischer Blasengrößen 174
A.5 Erläuterungen zur Verdampfung an der Phasengrenze 175
B Englische Übersetzungen der Bildunterschriften 181
Literaturverzeichnis 185
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