Die Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit von wärme- und energietechnischen Prozessen können nur gesteigert werden, wenn deren physikalische Zusammenhänge ausreichend verstanden und technisch sinnvoll ausgenutzt werden. Um dies zu realisieren sind präzise experimentelle Untersuchungen unverzichtbar. Zudem bieten Grundlagenexperimente die Möglichkeit, computergestützte Simulationsverfahren zu überprüfen und zu kalibrieren.

Das Labor für Wärme-, Energie- und Motorentechnik bietet für Forschung und Lehre hierfür aufgrund der vorhandenen Ausstattung vielfältige Möglichkeiten. Unter anderem stehen hierbei für experimentelle Arbeiten zur Verfügung:

Windkanal CLOWT

CAD-Modell des geschlossenen, gasdichten Windkanals. In blau eingefärbt sind der Elektromotor und der Radialverdichter zu sehen.
CAD-Modell des Windkanals CLOWT

Der gasdichte geschlossene Windkanal CLOWT (Closed Loop Organic vapour Wind Tunnel) dient zur Untersuchung organischer Heißdampf Strömungen. Der Windkanal kann aber auch wahlweise mit Luft betrieben werden. Durch seinen modularen Aufbau können Änderungen an der Testsektion schnell und einfach vorgenommen werden.

CTA-Messtechnik

Mikroskopische Aufnahme einer CTA-Messsonde
Mikroskopische Aufnahme einer CTA-Messsonde

Eines der Verfahren zur Untersuchung von Strömungseigenschaften im Labor für Wärme-, Energie- und Motorentechnik ist die Constant Temperatue Anemometry (CTA), auch bekannt als Hitzdraht-Messtechnik. Die Sonden besteht aus einem vergoldetem Wolfram Draht mit einem Durchmesser von 5-10 μm, der an den Stegen des Sensorkörpers angeschweißt ist. Der stromdurchflossene Draht heizt sich durch seinen inneren Widerstand auf. Je nach Ausführung und Verwendung, beträgt die Temperatur des Drahtes zwischen 200°C und 300°C.


Wenn ein strömendes Medium auf den Draht trifft, wird dieser gekühlt. Der thermische Abtrag wird durch Spannungsregelung in der angeschlossenen Messbrücke ausgeglichen und die Temperatur somit konstant gehalten. Die zeitlich veränderten Spannungswerte durch die Regelung werden digital aufgezeichnet und können weiterverarbeitet werden.

Mit Hilfe der aufgezeichneten Spannungswerte können Aussagen zum Turbulenzgrad der Strömung im Kanal getroffen werden. Im Labor für Wärme-, Energie- und Motorentechnik wird dieses Strömungsmessverfahren zudem auch in organischen Heißdampf Strömungen angewendet.

Druck-Messung

Kondensat-Rohre zur Druckmessung am Windkanal CLOWT
Kondensat-Rohre zur Druckmessung am Windkanal CLOWT

Die Druck-Messsonden, welche am Windkanal CLOWT angebracht sind, halten einer Temperatur von bis zu 60°C stand. Da die Temperatur des Dampfes im Windkanal über 100°C liegt, muss dieser somit erst abkühlen, bevor dieser auf die Druck-Messsonde trifft. Dies geschieht mittels spiralförmig gewickelter Stahlrohre, in welchen der Dampf abkühlen und kondensieren soll. Um den Messfehler durch die geodätische Höhe des kondensierten Dampfes in den Kondensat-Rohren abschätzen zu können, ist es wichtig zu wissen an welcher Stelle der Phasenübergang im Kondensat-Rohr geschieht. An diesem Problem forscht das Labor für Wärme-, Energie- und Motorentechnik zurzeit im Rahmen der Untersuchung organischer Heißdampf Strömungen.

Windkanal

Windkanal
Für Strömungsuntersuchungen mit Luft steht ein modularer Windkanal zur Verfügung. Durch die modulare Bauweise kann dieser Kanal sowohl offen (Freistrahl) als auch geschlossen betrieben werden.

Wasserumlaufkanal

Mithilfe dieses im Rahmen einer Bachelorarbeit ausgelegten geschlossenen Wasserumlaufkanals können Strömungsuntersuchungen im Labor vorgenommen werden. Der Umlaufkanal ist modular aufgebaut und besteht zu großen Teilen aus Acrylglas, was eine Beobachtung der Strömung von außen zulässt.

Motorenprüfstände

Zur Vermessung der Verbrennungsmotoren können mit Hilfe von Wirbelstrombremsen definierte Lastzustände eingestellt werden. Eine zusätzliche Kraftstoffverbrauchsmesseinrichtung erlaubt so die Erstellung von Kennfeldern.

Laval-Rotor

Der Laval-Rotor Prüfstand ermöglicht einen einfachen experimentellen Zugang zur Rotordynamik.

Mikrogasturbine

Mikrogasturbinenprüfstand mit zwei Prinzipien zur Leistungsbestimmung:

  • Drehmoment - Drehzahl
  • Transientes Aufheizverhalten einer Wirbelstrombremse
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