BewegtesBand: Untersuchung des Wärmeübergangs der Prallströmung an bewegten metallischen Bändern

Indus­tri­el­le Gemein­schafts­for­schung (IGF), 01. Sep­tem­ber 2026 – 30. Novem­ber 2028

Projektbeschreibung

Effi­zi­en­te Düsen­sys­te­me zur Erwär­mung oder Schnell­küh­lung metal­li­scher Bän­der wer­den in der Regel anhand von Lite­ra­tur­for­meln und Mes­sun­gen des Wär­me­über­gangs­ko­ef­fi­zi­en­ten aus­ge­legt. Die­se berück­sich­ti­gen jedoch nicht direkt die Band­be­we­gung und die damit ein­her­ge­hen­den Ände­run­gen der Tem­pe­ra­tur­grenz­schicht. Durch die Band­be­we­gung ent­steht eine soge­nann­te Sakia­dis-Strö­mung, wel­che die Tem­pe­ra­tur­grenz­schicht am Band erhöht und dadurch den kon­vek­ti­ven Wär­me­über­gang am Band ver­rin­gert. Vor­un­ter­su­chun­gen am IOB deu­ten dar­auf hin, dass Wech­sel­wir­kun­gen zwi­schen der Sakia­dis-Strö­mung und dem Prall­strahl bestehen, wel­cher vom Düsen­sys­tem erzeugt wird.

Im For­schungs­vor­ha­ben wer­den an der For­schungs­ein­rich­tung sowohl expe­ri­men­tel­le als auch nume­ri­sche Unter­su­chun­gen zum Ein­fluss der Band­be­we­gung auf den Wär­me­über­gang durch­ge­führt. Dazu müs­sen der bestehen­de expe­ri­men­tel­le Ver­suchs­stand zur Unter­su­chung des insta­tio­nä­ren Ban­des modi­fi­ziert als auch ein nume­ri­sches Modell auf­ge­baut wer­den. Im Anschluss wird eine umfang­rei­che expe­ri­men­tel­le Stu­die durch­ge­führt, die durch das nume­ri­sche Modell ergänzt wird. Die Ergeb­nis­se wer­den auf indus­tri­el­le Düsen­sys­te­me über­tra­gen. Ins­ge­samt wer­den die Zie­le des Pro­jek­tes durch die fol­gen­den vier Pro­jekt­schwer­punk­te erreicht.

Die Modi­fi­zie­rung und Inbe­trieb­nah­me eines Ver­suchs­stan­des zur expe­ri­men­tel­len Unter­su­chung des Ein­flus­ses der Band­ge­schwin­dig­keit auf den Wär­me­über­gang in Abhän­gig­keit der Düsen­geo­me­trie und den Auf­bau eines nume­ri­schen Modells zur erwei­ter­ten Unter­su­chung der über­la­ger­ten Strö­mung durch Band­be­we­gung und Prall­strahl auf den Wär­me­über­gang. Die Ergeb­nis­se wer­den durch die Bestim­mung der loka­len und mitt­le­ren Nusselt-Zah­len auf den Wär­me­über­gang über­tra­gen und im letz­ten Schritt erfolgt auf Basis der bestimm­ten Nusselt-Zah­len indus­tri­el­ler Düsen­sys­te­men die Erstel­lung eines Leit­fa­den mit empi­ri­schen For­meln zur Aus­le­gung von Düsen­sys­te­men wel­che den Ein­fluss Band­be­we­gung beinhalten.

Projektziele

Das Ziel die­ses For­schungs­vor­ha­ben ist es, den Ein­fluss ver­schie­de­ner Düsen­sys­te­me auf das Strö­mungs­pro­fil am Band zu unter­su­chen und anschlie­ßend eine Opti­mie­rung des Wär­me­über­gangs­ko­ef­fi­zi­en­ten durch­zu­füh­ren. Im Fokus ste­hen Schlitz- und Rund­dü­sen, die sowohl ein­zeln als auch als Sys­tem cha­rak­te­ri­siert wer­den sollen.

Aus den Ergeb­nis­sen wer­den Maß­nah­men für die Aus­le­gung der Düsen­sys­te­me abge­lei­tet. Dazu wird ein Leit­fa­den mit Emp­feh­lun­gen zur effi­zi­en­ten Aus­le­gung von Düsen­sys­te­men in Bezug auf Band­ge­schwin­dig­keit, Band­ab­stand und Anström­win­kel erstellt. Dies ermög­licht eine effek­ti­ve­re Neu­aus­le­gung von Anla­gen ent­lang der gesam­ten Wert­schöp­fungs­ket­te des Anla­gen­baus und ‑betriebs, ohne kost­spie­li­ge Test­pha­sen in der Entwicklung.

Kontakt

Dr.-Ing. Eileen Trampe

 

+49 241 80–26051

Jan-Henrik Rieger, M.Sc.

 

+49 241 80-26079

 

Förderung

Das Pro­jekt (Vor­ha­ben Nr. 01IF25406N1) wur­de mit Unter­stüt­zung der For­schungs­ge­mein­schaft Indus­trie­ofen­bau e.V. (FOGI) über das For­schungs­ku­ra­to­ri­um Maschi­nen­bau e.V. (FKM) ein­ge­reicht. Es wur­de über den Pro­jekt­trä­ger Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt e. V. (DLR) im Rah­men des Pro­gramms zur För­de­rung der Indus­tri­el­len Gemein­schafts­for­schung und ‑ent­wick­lung (IGF) durch das Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Wirt­schaft und Ener­gie (BMWE) auf­grund eines Beschlus­ses des Deut­schen Bun­des­ta­ges finan­zi­ell gefördert.