Anwendung sowie Bewertung der LCT/TLC - Lehrstuhl ...
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5.6 Fehlerbetrachtung Versuchsdurchführung Neben den in 3.4 angesprochenen grundsätzlichen Problemen beim Umgang mit TLC Fo- lien, hat der Versuchsaufbau einige weitere Schwierigkeiten bei der ihrer Verwendung offen- bart. Diese Erfahrungen sollten in zukünftigen Versuchsaufbauten mit Flüssigkristallinen Fo- lien unbedingt berücksichtigt werden. � Probleme bei der genauen Temperatureinstellung und –regelung im Aufbau und bei der Kalibrierung. Die Temperatur auf zehntel Grad genau einzustellen und zu messen, gestaltet sich als äußerst schwer und stellt eine signifikante Fehlerquelle dar. Vor allem im Startbereich der Folien zwischen Rot und Grün, zeigt das Kalibrierpolynom starke Gradienten. Dies führt zu höheren Messun- genauigkeiten, wenn die Temperaturen in diesem Bereich nicht exakt bestimmt sind. � Das außen liegende Plenum erwies sich für einen Versuch, der konstante Temperaturen über die Bohrungen benötigt als ungeeignet. Trotz guter Durch- mischung und einer gemessenen Temperaturverteilung von ±0,7 Kelvin direkt hinter der Luftaufteilung, zeigte sich die Luft aus Bohrung 3 in allen Versuchen als die wärmste. Der Unterschied lag bei ca. 4 Kelvin zur Bohrung mit niedrigs- ter Temperatur. Obwohl gleiche Baulängen in isolierten Zufuhrschläuchen be- nutzt wurden, konnte der Wärmeübergang nicht in allen Versorgungsleitungen gleich gehalten werden. Diese nicht gleiche Temperaturverteilung der Kühlluft- bohrungen begrenzt die Aussagekraft über den resultierenden Kühlfilm erheb- lich. Eine mögliche Lösung wäre eine Veränderung der Luftkonditionierung, für eine homogene Temperaturverteilung in der Kühlluft. � Obwohl die Folien eine sehr schnelle Reaktion bei Erwärmung und Abkühlung zeigten, spielen Wärmeleitungsvorgänge in der Struktur eine nicht zu vernach- lässigende Rolle. Mit längerer Versuchszeit werden beispielsweise die nahen Bereiche einer Heißstelle ebenfalls warm und zeigen dies über ihre Farbe an. Es kommt bei langen Versuchen zu einer Verwischung der Temperaturgren- zen, wobei der genaue Einfluss in weiteren Experimenten überprüft werden sollte. � Die verwendete Plexiglasplatte hat ebenfalls einen Einfluss auf die Wärme- übergänge beim Versuch. Sie verhält sich bei langen Versuchen mit höheren Temperaturen wie ein Wärmespeicher und beeinflusst so die Folienfärbung. Die Aufnahmen ohne Ausblasung haben einen gleichmäßigen Farbton der Platte gezeigt, so dass von einer homogenen Wärmeabgabe der Platte auszu- 67
Versuchsdurchführung gehen ist. Dies hat Auswirkungen bei kurzen, aufeinander folgenden Versu- chen. In Zukunft sollte das Plattenmaterial einen niedrigen Wärmeübergangs- koeffizienten mit guter Verarbeitbarkeit kombinieren, eventuell auch in Misch- bauweise. Aufgrund seiner guten Verarbeitbarkeit wurde in diesem Versuch Plexiglas gewählt. � Neben dem Wärmeübergang ist auch die Wärmeleitung durch das Plattenma- terial nicht zu vernachlässigen und stellt eine mögliche Fehlerquelle dar. Wär- meleitvorgänge sind eine mögliche Ursache für den Anstieg der Kühlfilmeffekti- vität nach x/D15. Die Wärmeleitfähigkeit des Plattenmaterials ist zu minimieren. � Der Einfluss des Beleuchtungswinkels auf die mit TLC- Folien gemessenen Kühlfilmeffektivitäten muss überprüft werden, der Anstieg der KFE ab x/D=15 könnte auch eine unzureichend diffuse Folienbeleuchtung als Quelle haben � Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Versuche zeigten nur bedingte Reproduzierbarkeit der Ergebnisse bei gleicher Ausblaserate. Gründe dafür sind: unterschiedlich lange Versuchszeiten von Bypassöffnung bis zur Auf- nahme, sowie nicht gleiche Windkanal- und Plattentemperaturen zu Beginn des Versuchs. Somit waren die Ergebnisse der TLC Messungen nur qualitativ mit den ADT Versuchen vergleichbar. � Verbesserungsvorschläge: Heizleistung muss je nach M angeglichen werden, ein optimale Einstellung sollte in nachfolgenden Versuchen gefunden werden; Versuche zeitlich je nach M anpassen und konstant für Vergleiche zwischen gleichen Ausblaseraten halten � Zur Bestimmung der Kühlfilmeffektivität ist eine genaue Information über die Wandtemperatur ohne Strömungsbeeinflussung nötig. Um diese zu erhalten muss sich die Folie zu Versuchsbeginn ohne Kühlluft in ihrer ausgelösten Bandbreite befinden. Zur Überprüfung wäre ein Testbild mit der CCD- Kamera nötig, was sofort in den HLS- Farbraum zerlegt wird. Eine komplett schwarz ge- färbte Folie im Farbtonanteil wäre mit Rot gleichbedeuten und den Startpunkt der Messung festlegen. Die Wandtemperatur wäre somit auch im nicht Kühlluft beeinflussten Bereich bestimmt. � Für eine bessere Kühlfilmausprägung wäre eine geschlossene Messstrecke sinnvoll, um ein Einströmen älterer Hallenluft von außen zu vermeiden. 68
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5.6 Fehlerbetrachtung<br />
Versuchsdurchführung<br />
Neben den in 3.4 angesprochenen grundsätzlichen Problemen beim Umgang mit <strong>TLC</strong> Fo-<br />
lien, hat <strong>der</strong> Versuchsaufbau einige weitere Schwierigkeiten bei <strong>der</strong> ihrer Verwendung offen-<br />
bart. Diese Erfahrungen sollten in zukünftigen Versuchsaufbauten mit Flüssigkristallinen Fo-<br />
lien unbedingt berücksichtigt werden.<br />
� Probleme bei <strong>der</strong> genauen Temperatureinstellung und –regelung im Aufbau<br />
und bei <strong>der</strong> Kalibrierung. Die Temperatur auf zehntel Grad genau einzustellen<br />
und zu messen, gestaltet sich als äußerst schwer und stellt eine signifikante<br />
Fehlerquelle dar. Vor allem im Startbereich <strong>der</strong> Folien zwischen Rot und Grün,<br />
zeigt das Kalibrierpolynom starke Gradienten. Dies führt zu höheren Messun-<br />
genauigkeiten, wenn die Temperaturen in diesem Bereich nicht exakt bestimmt<br />
sind.<br />
� Das außen liegende Plenum erwies sich für einen Versuch, <strong>der</strong> konstante<br />
Temperaturen über die Bohrungen benötigt als ungeeignet. Trotz guter Durch-<br />
mischung und einer gemessenen Temperaturverteilung von ±0,7 Kelvin direkt<br />
hinter <strong>der</strong> Luftaufteilung, zeigte sich die Luft aus Bohrung 3 in allen Versuchen<br />
als die wärmste. Der Unterschied lag bei ca. 4 Kelvin zur Bohrung mit niedrigs-<br />
ter Temperatur. Obwohl gleiche Baulängen in isolierten Zufuhrschläuchen be-<br />
nutzt wurden, konnte <strong>der</strong> Wärmeübergang nicht in allen Versorgungsleitungen<br />
gleich gehalten werden. Diese nicht gleiche Temperaturverteilung <strong>der</strong> Kühlluft-<br />
bohrungen begrenzt die Aussagekraft über den resultierenden Kühlfilm erheb-<br />
lich. Eine mögliche Lösung wäre eine Verän<strong>der</strong>ung <strong>der</strong> Luftkonditionierung, für<br />
eine homogene Temperaturverteilung in <strong>der</strong> Kühlluft.<br />
� Obwohl die Folien eine sehr schnelle Reaktion bei Erwärmung und Abkühlung<br />
zeigten, spielen Wärmeleitungsvorgänge in <strong>der</strong> Struktur eine nicht zu vernach-<br />
lässigende Rolle. Mit längerer Versuchszeit werden beispielsweise die nahen<br />
Bereiche einer Heißstelle ebenfalls warm und zeigen dies über ihre Farbe an.<br />
Es kommt bei langen Versuchen zu einer Verwischung <strong>der</strong> Temperaturgren-<br />
zen, wobei <strong>der</strong> genaue Einfluss in weiteren Experimenten überprüft werden<br />
sollte.<br />
� Die verwendete Plexiglasplatte hat ebenfalls einen Einfluss auf die Wärme-<br />
übergänge beim Versuch. Sie verhält sich bei langen Versuchen mit höheren<br />
Temperaturen wie ein Wärmespeicher und beeinflusst so die Folienfärbung.<br />
Die Aufnahmen ohne Ausblasung haben einen gleichmäßigen Farbton <strong>der</strong><br />
Platte gezeigt, so dass von einer homogenen Wärmeabgabe <strong>der</strong> Platte auszu-<br />
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