Simulation der elektrischen Aufheizung von Kühlkanälen

Abstract

Ziel dieser Abschlussarbeit ist die Erweiterung einer bestehenden Kopplungsumgebung, zur Simulation von Fluid-Struktur-Wechselwirkungen. Die Erweiterung soll die Simulation elektrischer Wärmequellen innerhalb eines Kühlkanals, unter Berücksichtigung des temperaturabhängigen spezifischen elektrischen Widerstands, ermöglichen. Dabei wird eine lange Geometrie, im Verhältnis zum Querschnitt vorausgesetzt, um die Annahme einer konstanten elektrischen Stromdichte zu erlauben. Mit diesen Annahmen wurde ein objektorientiertes Python-Skript entwickelt, das die Simulation elektrischer Wärmequellen für strukturierte Rechennetze ermöglicht. Das Skript wurde in die Kopplungsumgebung implementiert. Auÿerdem wurde die Funktionalität in Verbindung mit dem Strukturlöser demonstriert. Dabei wurde das Konvergenzverhalten sowie der Einfluss von Materialparametern erläutert. Zur Durchführung einer numerischen Kopplung aller drei Löser wurde der Testfall eines generischen Kühlkanals erarbeitet. Für diese Kopplung wurde zuerst eine numerische Strömungssimulation durchgeführt. Auf dieser Simulation aufbauend, wurde im nächsten Schritt die Kopplung des Strukturlösers durchgeführt. Dabei wurden zwei Kopplungsmethoden auf Kopplungsstabilität getestet. Anschließend erfolgte die zusätzliche Simulation elektrischer Wärmequellen. Dabei wurden starke Stabilitätsprobleme festgestellt. Mehrere Ansätze zur Stabilisierung der Kopplung wurden untersucht. Keine der untersuchten Varianten führte zur Konvergenz der Simulation.