UNTERSUCHUNG DES EINFLUSSES VON RAUHEIT INNERHALB VON RECHTECKKANÄLEN BEI ASYMMETRISCHER WÄRMELAST

Kurzfassung

Die Auslegung von Kühlkanälen im Bereich von Düsenerweiterungen erfordert die genaue Kenntnis des notwendigen Kühlmittelmassenstroms. Aufgrund der hohen Reynoldszahlen in der Größenordnung von 105 bis 106 spielt hierbei die Rauheit innerhalb der Kühlkanäle eine wesentliche Rolle bei der Auslegung. Dieser Einfluss beinhaltet neben dem erhöhten Wärmeübergangskoeffizienten innerhalb der Kühlkanäle ebenfalls einen Einfluss auf die Temperaturverteilung auf der wärmebelasteten Oberfläche. Innerhalb vorliegender Arbeit wird der Einfluss der Rauheit mittels in der Rauheit unterschiedlicher Kühlkanalstrukturen untersucht. Zur Erzeugung der asymmetrischen Wärmelast wurde hierbei ein Hochleistungslaser mit definiertem Intensitätsprofil verwendet. Das sich aufgrund der asymmetrischen Wärmelast einstellende Temperaturprofil wurde unter Verwendung einer Wärmebildkamera vermessen. Bei geringen Rauheiten und Reynoldszahlen zeigte sich eine höhere Temperatur im Bereich der Kanalmitte. Bei Steigerung der Rauheit und der Reynoldszahl konnte eine höhere Temperatur im Bereich der Stege festgestellt werden. Dieser Umschlag konnte anhand der vorliegenden Daten und unter Verwendung des Kühlrippenwirkungsgrads empirisch beschrieben werden. Zusätzlich führten numerische Analysen unter Verwendung des SST-Modells zur Beschreibung des Turbulenzeinflusses zu einer übereinstimmenden Beschreibung des Phänomens. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen kann der Einfluss rauer Kühlkanalströmungen innerhalb von Düsenerweiterungsstrukturen auf den heißgasseitigen Wärmeübergang abgeschätzt werden.