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Induktionsarmer, schallreduzierter Austritt für Luftschleier an Kühlmöbeln

BMWi Euronorm Innokom Ost

05/2016-10/2018

Dipl.-Ing. Donald Stubbe

+49-351-4081-670

in Bearbeitung

Energieeffiziente Luftschleier

Zielstellung

Der Einsatz von Luftschleiern ist bei offenen Kühlregalen Stand der Technik. Gegenüber geschlossenen Regalen ergeben sich, trotz potentiell erhöhtem Energiebedarf, Vorteile in der Präsentation der Ware und dem Umschlag derselben. Des Weiteren führt ein häufiges Öffnen von Schwenktüren ebenfalls zu einem Eintrag von warmer Umgebungsluft in den gekühlten Bereich. Daher sind offene Regale in Supermärkten derzeit nicht so einfach durch Verglasungen zu ersetzen.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Düse für den Luftschleier in Supermarkt-Kühlmöbel, wie sie in der Normalkühlung eingesetzt werden. Diese Düsen zeichnen sich durch ihr geringes Induktionsverhältnis und die geringe Schallemission aus. Die reduzierte Einmischung von Umgebungsluft führt zu energetischen Vorteilen gegenüber vergleichbaren Möbeln, während die leise arbeitenden Düsen die Akzeptanz bei Betreiber und Kunden erhöhen.

Dieses Gesamtziel wird erreicht, wenn folgende Zwischenziele für die Düse umgesetzt werden:

  • Vermeidung großskaliger Wirbel am Düsenaustritt und Verlagerung der Wirbelfrequenz hin zu höheren Frequenzen,
  • Verringerung der Turbulenz des Freistrahles im Austritt,
  • Herabsetzen der Reynolds-Zahl im Düsenaustritt und
  • Reduktion der Spannung am Rand des Freistrahles.

Lösungsweg

Der Lösungsansatz beruht auf einem im Wesentlichen zweistufigen Verfahren. Zu Beginn erfolgt eine Untersuchung an Musterdüsen mit dem Ziel, Erkenntnisse zu den grundlegenden strömungsmechanischen und thermofluiddynamischen Phänomenen und Einflussfaktoren zu erhalten. Im Anschluss wird auf Basis dieser Kenntnisse die Auslegung eines Versuchsmusters vorgenommen und unter Anwendung Numerischer Simulationen und Experimente optimiert.

Für die Bearbeitung dieser Aufgabenstellung werden folgende Methoden angewandt:

  • numerische Berechnungen der Strömungsmechanik, des Wärmetransportes sowie strömungsinduzierter Akustik mittels ANSYS® Fluent/CFX sowie OpenFOAM,
  • Ableitung von akustischen Quelltermen aus den numerischen Berechnungen,
  • laseroptische Strömungsmessungen zur Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung,
  • Bestimmung der Temperaturverteilung über Infrarotmessungen an einem Schirm und/oder über das Hintergrundschlieren-Verfahren,
  • Schalleistungsmessungen im Hallraum,
  • Charakterisierung der Schallabstrahlung mittels akustischer Kamera,
  • Leistungsuntersuchungen im Raumströmungslabor und
  • normgerechte Messungen in einem zertifizierten Prüflabor für Kühlmöbel.

Parallel zu den Messungen finden numerische Simulationen statt. Das Zusammen-/Wechselspiel von Messung und Numerik ist in diesem FuE-Projekt essentiell und soll zum einen die Variantenvielfalt der möglichen Konfigurationen erhöhen und zum anderen durch die Validierung der CFD-Simulation durch Messergebnisse die Anzahl der Experimente mit vorausgegangenem Bau von Versuchsmustern deutlich reduzieren. Diese Herangehensweise soll für alle relevanten Untersuchungsbereiche - strömungsmechanisch, akustisch und energetisch - Anwendung finden.

Die numerische Simulation der Strömung (englisch: computational fluid dynamics, CFD) ermöglicht komplexe Informationen über die Strömung, den Ersatz einfacher aber langwieriger Experimente sowie konstruktive und / oder physikalische Parameterstudien. CFD-Verfahren bilden außerdem die Grundlage für die numerische Aeroakustik, die sich mit der Ausbreitung von Strömungsgeräuschen befasst.

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