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Zentralkörper für homogenes Strömungsprofil – divergente Weitwurfdüse mit großer Eindringtiefe

Kurzfassung

An der Universität Stuttgart wurde ein neuartiger divergenter Düsen-Aufbau entwickelt, der auch in weiter Entfernung noch ein homogenes Strömungsprofil liefert. Die Optimierung des Strömungsprofils erfolgt mittels eines Zentralkörpers, der so geformt und im Strömungskanal platziert ist, dass die Geschwindigkeits- und die Temperaturverteilung am Gut gleichförmig ist. Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich die Apparatur besonders gut für den Einsatz als Weitwurfdüse für große Eindringtiefen in Trocknungs- oder Belüftungsanlagen. Dank eines passenden Verfahrens zur Optimie­rung kann die Düsengeometrie induviduell an den Anwendungsfall angepasst werden.

Hintergrund

Konvergente Düsen kommen in der Industrie vielseitig zur Anwendung, bspw. als Weitwurfdüse bei der Trocknung von weit entfernten Bauteilen (Karosserie­lackierung, Glasherstellung, etc.) oder auch im Bereich der Gebäu­deklimatisierung. Die technische Heraus­forderung bei einer Weitwurfdüse besteht darin, ein entferntes Gut möglichst effektiv, zielgerichtet und vor allem gleichmäßig zu trocknen. Dafür ist ein möglichst homo­genes Strö­­mungsprofil im Fernfeld (große Ein­dringtiefe) von großer Bedeutung.

Problemstellung

Ein häufiges Problem in der Praxis ist die Verwirbelung der Strömung und dem zufolge eine gerin­gere Eindring­tiefe und eine inhomogene Strömungs- und Temperatur­verteilung.
Mit einer diver­genten Düse könnten zwar größere Auf­treffflächen erzielt wer­den, größere Eindringtiefen wären so jedoch nicht reali­sierbar. Denn durch die divergente Austritts­öff­nung kommt es häufig schon im Diffusor zu einer Strö­mungs­ablösung und infolgedessen zu einer inhomo­genen Strömungs- und Temperaturverteilung.

Lösung

Am Institut für Thermodynamik für Luft- und Raumfahrt an der Universität Stuttgart wurde ein Verfahren zur Optimie­rung divergenter Weitwurfdüsen entwickelt. Gegenüber herkömmlichen Düsen können mit dem neuartigen Designkonzept homogene Strömungsprofile über weite Entfernungen erzeugt werden, ohne dass es hierbei zum Strömungsabriss kommt. Auf diese Weise wird die Ein­dringtiefe deutlich vergrößert bei gleichzeitig geringerem Druckabfall und reduzierter Pumpleistung. Kern der Erfin­dung ist ein speziell geformter Zentralkörper, welcher so im Strömungskanal platziert ist, dass das Strömungs­verhalten des Fluids maßgeblich verbessert wird.
Das neue Designkonzept eignet sich generell für alle Einsatzgebiete von Weitwurfdüsen, wobei mit dem paten­tierten Verfahren der Zentralkörper so designt und opti­miert werden kann, dass dieser ideal für die jeweilige Anwendung und Erfordernisse angepasst ist. So eignet sich eine optimierte Düse für die Trocknung lackierter Autoteile oder im Bereich Lüftung und Klima in der Gebäudetechnik.

Verdeutlichung des Effekts des Zentralkörpers im Düsenaustritt (rechts) im Vergleich zum Strömungsprofil einer konventionellen Düse (links).
Verdeutlichung des Effekts des Zentralkörpers im Düsenaustritt (rechts) im Vergleich zum Strömungsprofil einer konventionellen Düse (links).
Die numerische Prozesskette zur Optimierung des Strömungs- und Temperaturprofils im Fernfeld.

Vorteile

  • Optimale Anpassung an Ihrer Anwendung und Bedürfnisse
  • Größere Eindringtiefen; homogene Strömungs- und Temperaturprofile im Fernfeld
  • Keine vorzeitige Ablösung der Strömung
  • Verminderter Druckverlust im Fluid
  • Gleichmäßiges Trocknen am Gut
  • Vermeidung von Spannungsdefekten
  • Geringere Pumpleistung erforderlich
  • Reduktion der Trocknungszeit
  • Modul zur numerischen Optimierung

Anwendungsbereiche

Weitwurfdüse für Automotive, Verfahrenstechnik, Heizung, Lüftung, Klimatechnik (HLK), Trocknen, Sintern, Kühlen.

Exposé
Kontakt
Dr. Dirk Windisch
TLB GmbH
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe | Germany
Telefon +49 721-79004-0
windisch(at)tlb.de | www.tlb.de
Entwicklungsstand
Funktionsnachweis / TRL3
Patentsituation
EP 2909552 B2 erteilt,
DE, FR, GB validiert
Referenznummer
12/022TLB
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Ver­wertung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.