Mathematische Modellierung und direkte numerische Simulation oberflächenspannungsgetriebener Zweiphasenströmungen mit und ohne Verdunstung:
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INHALTSVERZEICHNIS
SYMBOLE U N D A B K UE R Z U N G E N VIII
1. EINFUEHRUNG U N D M O T I V A T I O N 1
2. S T A N D D E R FORSCHUNG 7
2.1. THEORIE 7
2.2. DIREKTE NUMERISCHE SIMULATION 16
3. ZIELSETZUNG 21
4. M A T H E M A T I S C H E MODELLIERUNG Z W E I P H A S I G E R S T R
OE M U N G E N 2 3
4.1. MODELLIERUNGSANSATZ 2 3
4.2. MATHEMATISCHES KONZEPT D E R PHASENGRENZE 2 4
4.3. BILANZIERUNG ZWEIPHASIGER SYSTEME 26
4.3.1. GRENZFLAECHENGESCHWINDIGKEIT 2 6
4.3.2. MASTERBILANZ 2 8
4.3.3. MASSENBILANZ 3 0
4.3.4. IMPULSBILANZ 3 1
4.3.5. ENERGIEBILANZ 32
4.3.6. FUNDAMENTALBEZIEHUNGEN DER THERMODYNAMIK 3 4
4.3.7. ENTROPIEBILANZ 36
4.3.8. TEMPERATURGLEICHUNG 4 0
4.4. EINFELD-FORMULIERUNG 42
4.5. MODELLIERUNG DER VERDUNSTUNG 4 7
4.6. GRENZFLAECHENTEMPERATUR 4 8
5. NUMERISCHE M E T H O D E N 51
5.1. DISKRETISIERUNG 5 1
5.2. LOESUNGSABLAUF DES MODELLGLEICHUNGSSYSTEMS 5 1
5.3. TEMPERATURGLEICHUNG: ZWEIFELD-ANSATZ 55
5.4. THERMISCHER MARANGONI-EFFEKT 6 3
6. S I M U L A T I O N S E R G E B N I S S E 6 5
6.1. EINFELD-ANSATZ OHNE VERDUNSTUNG 65
6.1.1. REDUZIERUNG DES PARASITAEREN MARANGONI-EFFEKTS 6 5
6.1.2. THERMOKAPILLARE MIGRATION EINES EINZELNEN TROPFENS 6 6
V I I
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6.1.3. THERMOKAPILLARE KONVEKTION IN FLUESSIGKEITSFILMEN 72
6.1.4. BENARD-MARANGONI INSTABILITAET 7 3
6.2. ZWEIFELD-ANSATZ MIT U N D OHNE VERDUNSTUNG 8 1
6.2.1. TRENNUNG DER GESCHWINDIGKEITEN 8 1
6.2.2. ZWEIPHASENWAERMELEITUNG OHNE VERDUNSTUNG 8 2
6.2.3. ZWEIPHASENWAERMELEITUNG MIT VERDUNSTUNG 8 6
7. A N W E N D U N G E N 8 9
7.1. FLUESSIGKEITSFILM AUF STRUKTURIERTER OBERFLAECHE 8 9
7.1.1. SIMULATIONSSETUP U N D EXPERIMENTELLER AUFBAU 89
7.1.2. SIMULATION OHNE VERDUNSTUNG 9 1
7.1.3. SIMULATION MIT VERDUNSTUNG 9 1
7.1.4. EINFLUSS DER HEIZTEMPERATUR 9 4
7.1.5. EINFLUSS DER GRAVITATION 9 4
7.2. FLUESSIGKEITSFILM A U F LOKAL BEHEIZTEM SUBSTRAT 9 8
7.2.1. SIMULATIONSSETUP EINES STAGNANTEN WASSERFILMS 9 8
7.2.2. QUALITATIVE VERGLEICHE MIT EXPERIMENTEN 99
8. Z U S A M M E N F A S S U N G U N D AUSBLICK 101
A. A N H A N G 105
A.L. VOLUMENGEMITTELTE MASTERBILANZ 105
A.2. GEMITTELTES ZWEIPHASENMODELL 106
A.2.1. MASSENBILANZ 106
A.2.2. IMPULSBILANZ 107
A.2.3. ENERGIEBILANZ IN TEMPERATURFORM 109
A.3. STOFFWERTE VON HFE-7500 110
A.3.1. TEMPERATURABHAENGIGE STOFFWERTE 110
A.3.2. STOFFWERTE BEI 25C 110
LITERATURVERZEICHNIS 111
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