Apparate- und Anlagenbau

Die Hochtemperatur-Strömungsanlage wurde im Rahmen des Projektes "Heat Up" entwickelt und gebaut. Das Ziel des Projetes war die Optimierung des Wärmeübergangs zwischen Fluiden und elektrischen Widerstandsheizungen.

Zu diesem Zweck wurde im Anlagenbaulabor des FB 10 ein Strömungskreislauf bestehend aus Ventilator, Heizkammer mit elektrischer Widerstandsbeheizung, Messkammer, Wärmetauscher und einer Steuerung bestehend aus SPS und HMI installiert. Die Steuerung ist netzwerkfähig; der Strömungskreislauf erzeugt Luftgeschwindigkeiten von bis zu 40 m/s bei einer maximalen Temperatur von 700°C.

Für das Praktikum steht die komplette Anlage den Studierenden digital in Virtual Reality zur Verfügung. So kann man mit den VR-Brillen das erste Kennenlernen und Inbetriebnahme simulieren:

• Die Studierenden wenden ausgewählte Erkenntnisse aus den Lehrgebieten „Grundlagen der Wärmeübertragung“, „Strömungslehre“ und „Apparate- und Anlagenbau“ bei der Dimensionierung eines sensiblen thermischen Speichers an einem praxisrelevanten Beispiel an.
• Die Studierenden erfahren die Abbildung von Apparaten/Maschinen/Anlagen in einer VR-Umgebung und können den Nutzen von VR bei der Inbetriebnahme und Fehlersuche einerseits und bei der Unterweisung zur sicheren Bedienung unter Einhaltung des Arbeitsschutzes andererseits gegenüber Dritten erklären.
• Die Studierenden führen die Messung des Temperatur-Zeit-Verlaufes beim Laden eines latenten thermischen Speichers angeleitet durch und erkennen am Zusammenwirken von Steuerung, HMI, Sensoren und Aktoren den grundsätzlichen Aufbau der MSR-Technik im Anlagenbau.
• Die Studierenden können die Systematik der Informationsverarbeitung von der Messwertaufnahme bis zum validierten mathematischen Modell beschreiben und werten dazu die in aufgenommenen und in einer csv-Datei gespeicherten Messwerte selbstständig aus. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wird vorgegebenes einfaches mathematisches Modell in Matlab^® validiert.
• Die Studierenden lernen die Vorgaben eines Lastenheftes auszuwerten und mit den nach eigener Einschätzung als wichtig erachteten Informationen das zuvor validierte Modell parametrieren. Beim  Scale-Up des latenten thermischen Speichers auf vorgegebene technische Daten erkennen die Studierenden iteratives Vorgehen als Instrument praktischer Arbeit.

Neben den genannten Forschungszielen wird es möglich sein, die Anlage für bezahlte F&E-Dienstleistungen zu nutzen:

• Die Dimensionierung einer Vielzahl von Anwendungen in der Thermoprozesstechnik mit dominierend konvektivem Wärmeübergang wird durch Unsicherheiten bei der Bestimmung des Wärmeübergangskoeffizienten erschwert.
• In die Messkammer können typische Werkstücke, z.B. Fahrwerksteile aus Aluminium eingesetzt werden. Diese können dann mittels angepasster Strömungsführungen („Düsensystem“) gezielt mit Fluid beaufschlagt werden, wobei Fluidtemperaturen bis zu 700°C möglich sind.
• Die Messung des Temperatur-Zeit-Verlaufs im eingesetzten Werkstück und im Fluid ermöglicht dann die genaue Bestimmung des konvektiven Wärmeübergangs. Dieser Wert kann entweder für die Dimensionierung oder aber zur Validierung eventuell vorhandener CFD-Modelle verwendet werden.