TU Darmstadt / ULB / TUbiblio

Untersuchung des Wärmetransports von mit Mikrodrähten versehenen Oberflächen auf siedende Fluide

Wick, Konja :
Untersuchung des Wärmetransports von mit Mikrodrähten versehenen Oberflächen auf siedende Fluide.
TU Darmstadt, Institut EMK / FG M+EMS
[Masterarbeit], (2015)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zur Untersuchung desWärmetransports von mit Mikrodrähten versehenen Oberflächen wird, ausgehend von der Herstellung von Mikrodrähten auf planaren Substraten, ein Verfahren entwickelt, mit dem es möglich ist Mikrodrähte auf Rohrinnen- und -außenwänden herzustellen. Dazu werden bereits exisiterende Verfahren vorgestellt und um eigene Ideen zu möglichen Verfahren ergänzt. Mit Hilfe einer systematischen Bewertung werden alle Verfahren auf ihre Eignung untersucht um das vielversprechendste Verfahren zu adaptieren, sodass es zur Herstellung von Mikrodrähten auf Rohrinnen- und -außenwänden angewendet werden kann. Dabei wird besonderer Wert auf eine großflächige Beschichtung und eine hohe Gleichmäßigkeit der Mikrodrähte gelegt. Die Bewertung der verschiedenen Verfahren ergibt, dass die Basotect®-Methode die besten Voraussetzungen aufweist um eine Mikrodrahtherstellung auf Rohrinnen- und -außenwänden zu ermöglichen. Durch den Entwurf und Aufbau einer galvanischen Zelle und die Anpassung der Prozessschritte der Basotect®-Methode konnten die ersten Mikrodrähten auf Rohrinnenwänden hergestellt werden. Neben der Herstellung von zwei mit Mikrodrähten versehenen Rohren, die im Rahmen des AIF ZIM Projekts „CoolEye“ vom Projektpartner, der Strukturtechnik UG, zu einem Kühlmodul verbaut werden, wurde ein Demonstrator aufgebaut, an dem der Siedeprozess an planaren Mikrostrukturen sichtbar und messbar ist. Der Demonstrator verfügt über eine tauschbare Siedeplatte. Durch die Herstellung von Siedeplatten mit unterschiedlichen Siedestrukturen ist es möglich die Siede-Eigenschaften von verschiedenen Mikro- und Nanodrähten zu untersuchen. Die Siedeplatte wird von der Rückseite mit zwei Heizpatronen beheizt, deren Leistung im Bereich von ca. 80 bis 250 W einstellbar ist. Durch die Messung der Heizleistung der Heizpatronen und der Temperatur an der Rückseite der Siedeplatte können Aussagen über die Effektivität der jeweiligen Mikrostruktur im Hinblick auf die abgeführte Wärme gemacht werden. Bei der Charakterisierung des Demonstrators wurden zwei Siedeplatten mit unterschiedlichen Mikrodraht-Morphologien verglichen. Siedeplatte A wurde mit Mikrodrähten versehen, deren Durchmesser 1,7 µm bei 10^8 Drähten pro cm² beträgt. Siedeplatte B wurde mit Drähten des Durchmessers 100 nm versehen, bei 3*10^8 Drähten pro cm². Anhand der gemessenen Temperaturverläufe an der Siedeoberfläche zeigt sich, dass der Siedevorgang an Siedeplatte A effizienter abläuft, wodurch dort eine niedrigere Temperatur erreicht werden kann. Auch wenn im unteren Verlauf der Kennlinie die Temperatur an Siedeplatte A schneller ansteigt, kommt es zu keinem Schnittpunkt der beiden Kurven.

Die Ursache dafür liegt in der Siedeneigung der unterschiedlichen Drahtmorphologien. Die Nanodrähte stellen bereits bei niedrigeren Heizleistungen konstante Keimstellen für die Bildung von Dampfblasen zur Verfügung, während an den Mikrodrähten der Siedevorgang bei einer Heizleistung von knapp 140 W explosionsartig einsetzt. Dieses explosionsartige Einsetzen des Siedevorgangs an der mit Mikrodrähten versehenen Oberfläche führt zu einem Knick in der Temperaturkurve, wodurch der Temperaturanstieg durch den einsetzenden Siedevorgang ab ca. 140 W deutlich verlangsamt wird. Mit den vorliegenden Ergebnissen wird die Theorie von Mitrovic in Frage gestellt, in der die Vermutung geäußert wird, dass der Wärmestrom an der Siedeplatte proportional zur Länge der Dreiphasenlinie aus Festkörper, Fluid und Fluiddampf ist.

Typ des Eintrags: Masterarbeit
Erschienen: 2015
Autor(en): Wick, Konja
Titel: Untersuchung des Wärmetransports von mit Mikrodrähten versehenen Oberflächen auf siedende Fluide
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zur Untersuchung desWärmetransports von mit Mikrodrähten versehenen Oberflächen wird, ausgehend von der Herstellung von Mikrodrähten auf planaren Substraten, ein Verfahren entwickelt, mit dem es möglich ist Mikrodrähte auf Rohrinnen- und -außenwänden herzustellen. Dazu werden bereits exisiterende Verfahren vorgestellt und um eigene Ideen zu möglichen Verfahren ergänzt. Mit Hilfe einer systematischen Bewertung werden alle Verfahren auf ihre Eignung untersucht um das vielversprechendste Verfahren zu adaptieren, sodass es zur Herstellung von Mikrodrähten auf Rohrinnen- und -außenwänden angewendet werden kann. Dabei wird besonderer Wert auf eine großflächige Beschichtung und eine hohe Gleichmäßigkeit der Mikrodrähte gelegt. Die Bewertung der verschiedenen Verfahren ergibt, dass die Basotect®-Methode die besten Voraussetzungen aufweist um eine Mikrodrahtherstellung auf Rohrinnen- und -außenwänden zu ermöglichen. Durch den Entwurf und Aufbau einer galvanischen Zelle und die Anpassung der Prozessschritte der Basotect®-Methode konnten die ersten Mikrodrähten auf Rohrinnenwänden hergestellt werden. Neben der Herstellung von zwei mit Mikrodrähten versehenen Rohren, die im Rahmen des AIF ZIM Projekts „CoolEye“ vom Projektpartner, der Strukturtechnik UG, zu einem Kühlmodul verbaut werden, wurde ein Demonstrator aufgebaut, an dem der Siedeprozess an planaren Mikrostrukturen sichtbar und messbar ist. Der Demonstrator verfügt über eine tauschbare Siedeplatte. Durch die Herstellung von Siedeplatten mit unterschiedlichen Siedestrukturen ist es möglich die Siede-Eigenschaften von verschiedenen Mikro- und Nanodrähten zu untersuchen. Die Siedeplatte wird von der Rückseite mit zwei Heizpatronen beheizt, deren Leistung im Bereich von ca. 80 bis 250 W einstellbar ist. Durch die Messung der Heizleistung der Heizpatronen und der Temperatur an der Rückseite der Siedeplatte können Aussagen über die Effektivität der jeweiligen Mikrostruktur im Hinblick auf die abgeführte Wärme gemacht werden. Bei der Charakterisierung des Demonstrators wurden zwei Siedeplatten mit unterschiedlichen Mikrodraht-Morphologien verglichen. Siedeplatte A wurde mit Mikrodrähten versehen, deren Durchmesser 1,7 µm bei 10^8 Drähten pro cm² beträgt. Siedeplatte B wurde mit Drähten des Durchmessers 100 nm versehen, bei 3*10^8 Drähten pro cm². Anhand der gemessenen Temperaturverläufe an der Siedeoberfläche zeigt sich, dass der Siedevorgang an Siedeplatte A effizienter abläuft, wodurch dort eine niedrigere Temperatur erreicht werden kann. Auch wenn im unteren Verlauf der Kennlinie die Temperatur an Siedeplatte A schneller ansteigt, kommt es zu keinem Schnittpunkt der beiden Kurven.

Die Ursache dafür liegt in der Siedeneigung der unterschiedlichen Drahtmorphologien. Die Nanodrähte stellen bereits bei niedrigeren Heizleistungen konstante Keimstellen für die Bildung von Dampfblasen zur Verfügung, während an den Mikrodrähten der Siedevorgang bei einer Heizleistung von knapp 140 W explosionsartig einsetzt. Dieses explosionsartige Einsetzen des Siedevorgangs an der mit Mikrodrähten versehenen Oberfläche führt zu einem Knick in der Temperaturkurve, wodurch der Temperaturanstieg durch den einsetzenden Siedevorgang ab ca. 140 W deutlich verlangsamt wird. Mit den vorliegenden Ergebnissen wird die Theorie von Mitrovic in Frage gestellt, in der die Vermutung geäußert wird, dass der Wärmestrom an der Siedeplatte proportional zur Länge der Dreiphasenlinie aus Festkörper, Fluid und Fluiddampf ist.

Freie Schlagworte: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Nanodraht Mikro-Nano-Integration Wärmeleitung Oberflächenstruktur Kühlkörper
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme
Hinterlegungsdatum: 30 Nov 2015 15:55
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv Institut EMK. Anfrage über Sekretariate

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKM 1894

Art der Arbeit: Masterarbeit

Beginn Datum: 19-01-2015

Ende Datum: 29-07-2015

ID-Nummer: 17/24 EMKM1894
Gutachter / Prüfer: Schlaak, Prof. Helmut F.
Export:

Optionen (nur für Redakteure)

Eintrag anzeigen Eintrag anzeigen