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Title: | Theoretische und experimentelle Untersuchungen zur blaseninduzierten Turbulenzmodulation von vertikalen Gas-Flüssigkeits-Zweiphasenströmungen |
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From: |
Roland Jeschke
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Person: |
Jeschke, Roland
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Format: | Thesis Book |
Language: | German |
Published: |
Aachen
Shaker
2006
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Series: | Berichte aus der Strömungstechnik
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adam_text | THEORETISCHE UND EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN ZUR BLASENINDUZIERTEN
TURBULENZMODULATION VON VERTIKALEN GAS/FLUESSIGKEITS-
ZWEIPHASENSTROEMUNGEN VOM FACHBEREICH MASCHINENBAU AN DER TECHNISCHEN
UNIVERSITAET DARMSTADT ZUR ERLANGUNG DES GRADES EINES DOKTOR-INGENIEURS
(DR.-ING. GENEHMIGTE DISSERTATION VORGELEGT VON DIPL.-ING. ROLAND
JESCHKE AUS FRANKFURT AM MAIN BERICHTERSTATTER: PROF. DR. RER. NAT. R.
LOTH MITBERICHTERSTATTER: PROF. DR.-ING. J.JANICKA TAG DER EINREICHUNG:
04. NOVEMBER 2005 TAG DER MUENDLICHEN PRUEFUNG: 25. JANUAR 2006 D17
INHALTSVERZEICHNIS ABBILDUNGSVERZEICHNIS V TABELLENVERZEICHNIS XIII
SYMBOLVERZEICHNIS XV 1 EINLEITUNG 1 1.1 ZIELSETZUNG 3 1.2 AUFBAU DER
ARBEIT 4 2 STAND DER FORSCHUNG 7 2.1 BESCHREIBUNG EINER TURBULENTEN
EINPHASIGEN STROEMUNG 7 2.1.1 MASSE- UND IMPULSTRANSPORT 10 2.1.2
TURBULENZMODELLE 11 2.1.2.1 PRANTL SCHER MISCHUNGSWEG 12 2.1.2.2 K-E
MODELL 12 2.1.2.3 REYNOLDSSTRESSMODELL/REYNOLDS-SPANNUNGS-MODELL 15
2.1.3 ENERGIEERHALTUNG 17 2.1.4 WANDBEHANDLUNG 17 2.2 ZUSAETZLICHE TERME
BEI ZWEIPHASIGEN TURBULENTEN STROEMUNGEN 20 2.2.1 ANZAHLDICHTEVERTEILUNG
UND POPULATIONSBILANZ 25 2.2.1.1 KOALESZENZQUELLTERME 26 2.2.1.2
ZERFALLSQUELLTERME 28 2.2.2 MASSEN- UND IMPULSBILANZ 28 2.2.3
PHASENAUSTAUSCHTERME 29 2.2.4 REYNOLDS-SPANNUNGS-TERM 34 2.2.4.1
ZWEIPHASIGE TURBULENTE VISKOSITAET 35 2.2.5 ERWEITERUNG DES K-E MODELLS
36 I 2.2.5.1 QUELLTERME DER K-GLEICHUNG 36 2.2.5.2 QUELLTERME DER
E-GLEICHUNG 40 2.2.6 WANDBEHANDLUNG IN ZWEIPHASIGEN STROEMUNGEN 41 2.3
ZUSAMMENFASSUNG 41 3 VERSUCHSAUFBAU UND MESSTECHNIK 45 3.1 FLUIDPHASE 46
3.2 DISPERSE PHASE 47 3.3 MESSSTRECKE 47 3.3.1 MISCHKAMMER 47 * 3.3.2
TURBULENZGITTER 48 3.3.3 MESSEBENEN 50 3.4 EINGESETZTE MESSTECHNIK UND
MESSDATENERFASSUNG 51 3.4.1 HEISSFILM-ANEMOMETRIE 51 3.4.2 AUSWERTUNG
HEISSFILM-ANEMOMETRIE 52 3.4.3 FASEROPTIK 56 3.4.4 AUSWERTUNG FASEROPTIK
58 3.5 FEHLERBESTIMMUNG 61 3.5.1 TOPOLOGISCHE MESSFEHLER 61 3.5.2 FEHLER
AUS KOMBINATION FEHLERBEHAFTETER GROESSEN ODER MITTELUNGEN ... 62 3.5.3
FEHLERBESTIMMUNG HEIFIFILM-ANEMOMETRIE 66 3.5.4 FEHLERBESTIMMUNG
FASEROPTIK 67 4 MESSUNGEN 69 4.1 UNTERSUCHTE STROEMUNGEN UND IHRE
RANDBEDINGUNGEN 69 4.2 MESSERGEBNISSE FUER DIE FLUIDE PHASE 76 4.2.1
MITTLERE GESCHWINDIGKEIT 76 4.2.2 SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEITEN 77 4.2.3
ABGELEITETE TURBULENZGROEFIEN 80 4.3 MESSERGEBNISSE FUER DIE DISPERSE
PHASE 85 4.3.1 MITTLERE GESCHWINDIGKEIT 85 4.3.2 VOLUMENANTEIL DER
DISPERSEN PHASE UND BLASENFREQUENZ 86 4.3.3
BLASENGROESSENVERTEILUNG/SEHNENLAENGENVERTEILUNG 89 II 4.3.4 MOMENTE DER
VERTEILUNG 91 4.4 FAZIT DER BEOBACHTUNGEN 93 5 MODELLENTWICKLUNG ZUR
BESCHREIBUNG DER BLASENINDUZIERTEN TURBULENZ 95 5.1 VORGEHENSWEISE,
METHODIK 95 5.2 BESTIMMUNG DER CHARAKTERISIERENDEN PARAMETER UEBER
DIMENSIONSANALYSE .... 96 5.3 BESTIMMUNG DER CHARAKTERISIERENDEN
PARAMETER UEBER ANALYSE DER MESSDATEN . 98 5.3.1 EINORDNUNG DER EIGENEN
MESSERGEBNISSE 100 5.3.2 ZUR FEHLERBEHANDLUNG DER MESSERGEBNISSE 105 5.4
ZUSAMMENSTELLUNG ALLER UNTERSUCHTEN PARAMETER 107 5.5 ABLEITEN VON
REGELN, MUSTERERKENNUNG MIT EVOLUTIONAEREN ALGORITHMEN .... 109 5.5.1
EVOLUTIONSSTRATEGIE/GENETISCHER ALGORITHMUS 109 5.6 MODELLIERUNG 112
5.6.1 ERGEBNIS DER MODELLIERUNG 112 5.6.2 VERGLEICH DER OPTIMIERTEN
MODELLE MIT QUERSCHNITTSGEMITTELTEN DATEN . 117 6 NUMERISCHE SIMULATION
DER GEMESSENEN ZWEIPHASIGEN STROEMUNGEN 129 6.1 GITTERANFORDERUNG UND
-ERZEUGUNG 129 6.2 INTERPOLATIONS-/DISKRETISIERUNGSVERFAHREN 132 6.3
SOLVERTYPEN 137 6.3.1 LINEARE GLEICHUNGSLOESER 137 6.3.2 LOESUNGSMETHODEN
DER NAVIER-STOKESSCHEN GLEICHUNGEN 140 6.4 FEHLERBETRACHTUNG 141 6.4.1
DISKRETISIERUNGSFEHLER 141 6.4.2 FEHLER BEI DER GLEICHUNGSLOESUNG 143
6.4.3 FEHLER BEI DER RECHNERINTERNEN REPRAESENTATION 143 6.4.4
MODELLFEHLER 143 6.5 GLEICHUNGSLOESUNG IN FLUENT 144 6.5.1 ERWEITERUNG
DER STANDARDMODELLE MITTELS UDF UND UDS 147 6.6 SIMULATIONSERGEBNISSE
UND IHRE BEWERTUNG 150 6.6.1 EINPHASIGE SIMULATION 150 6.6.2 ZWEIPHASIGE
SIMULATION 152 7 ZUSAMMENFASSUNG 163 III LITERATURVERZEICHNIS 166 A
ANHANG: ERGAENZUNGEN UND HERLEITUNGEN I A.L HERLEITUNG ZUR
RICHARDSON-EXTRAPOLATION I A.2 ERWEITERUNG DES REYNOLDS-STRESS TENSORS
UM EINEN BLASENINDUZIERTEN ANTEIL . . III A.3 ERWEITERUNG DES RS-TENSORS
UM ASYMPTOTISCHES VERHALTEN DES BLASENINDUZIER- TEN ANTEILS IV A.4
DARSTELLUNG DES VERLAUFS DER OBJEKTIVEN FUNKTION BEI DER
STRUKTUROPTIMIERUNG IV A.5 BEISPIEL FUER DIE ERZEUGUNG EINES
3-DIMENSIONALEN EINGANGSPROFILS V A.6 BEISPIEL FUER DIE
STRUKTUROPTIMIERUNG VII IV
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