Ermittlung der zulässigen Verlustleistung

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1 Ermittlung der zulässigen Verlustleistung Thema für Bachelor- oder Masterarbeit Aufgabenstellung Die R. Stahl Schaltgeräte GmbH ist ein führender Anbieter von Produkten, Systemen und Dienstleistungen für den Explosionsschutz. Sitz des Unternehmens ist in Waldenburg (Hohenlohekreis) in Baden- Württemberg. Explosionsgeschützte Geräte werden z.b. in der chemischen Industrie, Raffinerien oder Bohrinseln eingesetzt. Der Explosionsschutz wird dabei im Wesentlichen erreicht durch die Vermeidung von Funken und Oberflächentemperaturen die oberhalb der Zündtemperatur der zu erwartenden Gasgemische liegen. Druckfest gekapselte Gehäuse sind nahezu hermetisch abgeschlossen. Die Verlustleistung der Einbauten kann nur über die Oberfläche erfolgen. Grenzen der einbaubaren Verlustleistung werden durch die zulässige Oberflächentemperatur und die zulässige Komponententemperatur gesetzt. Durch die Umwälzung der Luft im Gehäuse kann die Wärmeübertragung verbessert werden. Die Aufgabe besteht darin den Einfluss der Gestaltung, wie freies Luftvolumen und Lüfterleistung, auf die Wärmeübertragung zu ermitteln und Gestaltungsvorschläge zu erstellen. Bearbeitet werden soll die Aufgabe durch theoretische Betrachtungen der Wärmeübertragungsmechanismen (insbesondere Konvektion), durch Computersimulationen und Labormessungen. Ergebnisse sollen so dargestellt und aufbereitet werden, dass sie als Basis für Engineering und Zertifizierung dienen können. Wichtig ist eine übersichtliche Darstellung der Resultate. Voraussetzungen Kenntnisse im Bereich Wärmeübertragung Freude am experimentellen Arbeiten Interesse an Simulationsmodellen CAD Kenntnisse (3D) erwünscht Ansprechpartner Hochschule Ansbach Ansprechpartner Firma Stahl Dr. Ulrich Mann R. STAHL Schaltgeräte GmbH Am Bahnhof Waldenburg / ulrich.mann@stahl.de

2 Temperierung von Ex-Gehäusen Thema für Bachelor- oder Masterarbeit Aufgabenstellung Die R. Stahl Schaltgeräte GmbH ist ein führender Anbieter von Produkten, Systemen und Dienstleistungen für den Explosionsschutz. Sitz des Unternehmens ist in Waldenburg (Hohenlohekreis) in Baden- Württemberg. Explosionsgeschützte Geräte werden z.b. in der chemischen Industrie, Raffinerien oder Bohrinseln eingesetzt. Der Explosionsschutz wird dabei im Wesentlichen erreicht durch die Vermeidung von Funken und Oberflächentemperaturen die oberhalb der Zündtemperatur der zu erwartenden Gasgemische liegen. Durch den Trend immer größere Leistungen auf kleineren Raum zu verbauen steigt die Gefahr, dass, insbesondere unter extremen Einsatzbedingungen, die Grenztemperatur der Einbauten oder die Zündtemperatur der Oberflächen überschritten wird. Aus einer Reihe von denkbaren Lösungen zur unschädlichen Abgabe der Verlustleistung an die Umgebung muss die für die jeweiligen Bedingungen geeignetste Lösung ausgewählt werden. Die Aufgabe besteht darin sich in die Anforderungen des Explosionschutzes einzuarbeiten, die Lösungsansätze für die Kühlung von Gehäusen und Einbauten zusammenzutragen und zu bewerten. Eine Liste der möglichen Anforderungen Kühlung zu erstellen und eine Auswahl der geeigneten Methode für die jeweiligen Anforderungen zu treffen. Weiterhin besteht die Aufgabe darin die Lösungsansätze in Hinsicht auf Wirtschaftlichkeit und Entwicklungsstand zu bewerten und den Bedarf für weitere Untersuchungen zu ermitteln. Voraussetzungen Kenntnisse im Bereich Wärmeübertragung Ansprechpartner Hochschule Ansbach Ansprechpartner Firma Stahl Dr. Ulrich Mann R. STAHL Schaltgeräte GmbH Am Bahnhof Waldenburg / ulrich.mann@stahl.de

3 Wärmepuffer Thema für Bachelor- oder Masterarbeit Aufgabenstellung Die R. Stahl Schaltgeräte GmbH ist ein führender Anbieter von Produkten, Systemen und Dienstleistungen für den Explosionsschutz. Sitz des Unternehmens ist in Waldenburg (Hohenlohekreis) in Baden- Württemberg. Explosionsgeschützte Geräte werden z.b. in der chemischen Industrie, Raffinerien oder Bohrinseln eingesetzt. Der Explosionsschutz wird dabei im Wesentlichen erreicht durch die Vermeidung von Funken und Oberflächentemperaturen die oberhalb der Zündtemperatur der zu erwartenden Gasgemische liegen. Druckfest gekapselte Gehäuse sind nahezu hermetisch abgeschlossen. Die Verlustleistung der Einbauten kann nur über die Oberfläche erfolgen. Grenzen der einbaubaren Verlustleistung werden durch die zulässige Oberflächentemperatur und die zulässige Komponententemperatur gesetzt. Bei verschiedenen Anwendungen tritt nur temporär eine erhöhte Verlustleistung auf. Es soll untersucht werden ob diese Energie gespeichert und über einen längeren Zeitraum verteilt an die Umgebung abgegeben werden kann. Bearbeitet werden soll die Aufgabe durch theoretische Betrachtungen der Wärmeübertragungsmechanismen und der -speicherung, durch Versuchsaufbauten und Labormessungen. Ergebnisse sollen so dargestellt und aufbereitet werden, dass sie als Basis für Engineering und Zertifizierung dienen können. Voraussetzungen Kenntnisse im Bereich Wärmeübertragung Freude am experimentellen Arbeiten Ansprechpartner Hochschule Ansbach Ansprechpartner Firma Stahl Dr. Ulrich Mann R. STAHL Schaltgeräte GmbH Am Bahnhof Waldenburg / ulrich.mann@stahl.de

4 Bachelor-/Masterarbeit Strömungssimulation eines Flügelradwasserzählers In Kooperation mit dem Industriepartner Hydrometer in Ansbach wird an Methoden zur Simulation der Flügelradwasserzähler geforscht. Dabei steht die korrekte Wiedergabe des Betriebsverhaltens durch das Simulationsmodell im Vordergrund. Dazu ist der Aufbau einer Strömungssimulation zur Untersuchung des Betriebsverhaltens (Drehzahl Flügelrad in Abhängigkeit vom Durchfluss) im Rahmen einer Projekt- oder Abschlussarbeit geplant. Dabei sollen modernste Methoden wie rotating grids und FSI (Fluid Struktur Interaktion) angewendet werden. Voraussetzungen: Erfahrungen in der Strömungssimulation mit Software Star CCM+ Programmiererfahrung in Java Abb.: Aufbau eines Flügelradzählers Quelle: Fa. Hydrometer Abb.: Flügelradzähler Woltman Quelle: Fa. Hydrometer

5 Bachelor-/Masterarbeit Einsatz von Optimierungsverfahren in der Strömungssimulation anhand ausgewählter Beispiele Nach einer Analyse von Optimierungsverfahren sollen verschiedene Verfahren getestet werden. Dabei soll beispielsweise an einfachen Rohrgeometrien automatisch der Druckverlust minimiert werden. Voraussetzungen: Erfahrungen in der Strömungssimulation mit Software Star CCM+ Programmiererfahrung in Java

6 Projektarbeit Experimentelle Untersuchung von Freistrahlen Inhalt der Projektarbeit ist die Strömungsmessung im Freistrahlnachlauf bei kleinen Reynoldszahlen (RE= ). Die Messungen sind mittels Laser-Doppler-Anemometrie (LDA) und Prandtl-Rohr durchzuführen. Anschließend sind die erhobenen Messdaten mit bekannten wissenschaftlichen Erkenntnissen zu vergleichen und zu diskutieren. Die Aufgabenstellung eignet sich zur Bearbeitung in zwei unabhängigen Projektarbeiten: 1. Messung von Strömungsprofilen normal zur Strahlachse 2. Messung von Strömungsprofilen koaxial mit Strahlachse Dazu sind folgende Arbeitspakete geplant: Einarbeitung in die experimentelle Strömungsmechanik und Literaturrecherche Versuchsplanung Strömungsmessungen am Prüfstand Dokumentation

7 Projektarbeit Numerische Untersuchung von Freistrahlströmungen Ziel ist die Simulation einer Freistrahlströmung mittels Numerischer Strömungssimulation. Dazu soll die Software STAR-CCM+ angewendet werden. Zur Auswertung sind Profile quer und längs der Strahlachse zur Strömungsgeschwindigkeit- und Turbulenz zu erstellen und die Ergebnisse zu diskutieren. Die Validierung der Simulationen (Prüfung der Modellierung) soll anhand bekannter experimenteller Ergebnisse aus einschlägiger Fachliteratur erfolgen. Dazu sind folgende Arbeitspakete geplant: Einarbeitung und Literaturrecherche Aufbau eines CFD-Modells Simulation und Auswertung Dokumentation

8 Projektarbeit Simulationsvalidierung eines Modells zum Hochtemperaturspeicher Q-Regenerator Der Q-Regenerator ist eine elektrisch leitende, dreidimensionale, poröse Struktur, die an der TH Nürnberg entwickelt wird und als Stromspeicher eingesetzt werden soll. In einer vorangegangenen Projektarbeit wurde ein erstes MATLAB-Simulationsmodell auf Basis von Energiebilanzen entwickelt. Zwischenzeitlich hat sich der Aufbau des Q-Regenerators geändert, so dass das Modell an den neuen Aufbau angepasst und durch die Messergebnisse der TH Nürnberg validiert werden soll. Anpassung des vorhanden MATLAB-Modells Validierung des Modells anhand von Messwerten Simulation verschiedener Nutzungsszenarien Auswertung der Simulationsergebnisse

9 Projektarbeit Untersuchung des Einflusses von URF-Faktoren auf das Konvergenzverhalten bei der CFD-Simulation von Rohrströmungen In einer vorhergehenden Projektarbeit wurde der Einfluss der URF-Faktoren auf das Konvergenzverhalten bei einem Geraden Rohr mit rechteckigem und kreisförmigem Querschnitt untersucht. Die dort vorgenommene Untersuchung soll auf eine Düse, einen Diffusor und einen 90 -Krümmer übertragen werden, um für Rohrströmungen eine Strategie zu einer optimierten Simulation zu entwickeln.

10 Projektarbeit Untersuchung des Verhaltens von schwimmenden Bauten bei Wellengang durch CFD-Simulation In einer vorhergehenden Projektarbeit wurde ein CFD-Modell zur Untersuchung von schwimmenden Bauten bei Wellengang erstellt. Dieses Modell soll angewendet und gegebenenfalls verbessert werden. Speziell soll untersucht werden, wie sich schwimmende Bauten bei unterschiedlichem Wellengang verhalten. Daraus sind Grenzfälle herauszuarbeiten. Die Arbeit steht in Verbindung mit dem Forschungsverbund EnAqua, Institut für schwimmende Bauten, Hochschule Lausitz. Anwendung und Verbesserung eines vorhanden CFD-Modells Simulation eines festen Körpers im Wellengang (Dynamic Fluid Body Interaction, DFBI) Auswertung der Simulationsergebnisse Ermittlung von Grenzfällen, in denen schwimmende Bauten noch bewohnbar sind