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Strömungssimulation CFD

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Innovative Fertigungstechnologien für Kryosorptionssysteme

Euronorm

Dipl.-Ing. Sandra Tippmann

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Vakuumpumpen für UHV und XHV

Eine Kryosorptionssystem ist definiert als eine Vakuumpumpe, die Gas an tiefkalten Oberflächen einfängt (gasbindende Vakuumpumpe). Auf diese Weise sind Drücke kleiner 5^-12 mbar erreichbar (Realisierung von UHV - Ultrahochvakuum und XHV - extrem hohen Vakuum). Bei der Kühlung solcher Kryosorptionssysteme kommt es auf ein sehr gutes Wärmeübertragungsverhalten an. Dies wird gegenwärtig mit einem aufwändigen, kostenintensiven und risikobehafteten Fertigungsverfahren realisiert. Ziel des Vorhabens ist folglich die Entwicklung einer neuen Fertigungstechnologie, die diesen Nachteil nicht aufweist.
Dazu wurden zunächst thermodynamisch wichtige Größen, wie z.B. Sorpitonswärmen und Wärmeübergangswiderstände rechnerisch bestimmt, bevor die Entwicklung und Konstruktion eines Versuchsmusters erfolgte.

Nach abgeschlossener Konstruktion, soll das Versuchsmuster gefertigt werden.
Im weiteren Verlauf des FuE-Projektes erfolgt der Aufbau eines Versuchstandes, an dem das Versuchsmuster vermessen wird. Diese Messungen werden im Folgenden in einer CFD-Simulation überprüft und validiert. Mit Hilfe des CFD-Modells können verschiedene Simulationen für zukünftige Kryosorptionssysteme durchgeführt werden. Auf diese Weise können beispielsweise Abkühlzeiten bei verschiedenen Aktivkohlemassen oder auch das thermische Verhalten bei unterschiedlichen Bedingungen für das Kühlmedium bestimmt werden.
Schließlich erfolgt die Musterfertigung (Funktionsmuster) eines Kryosorptionssystems aus Edelstahl mit einem genau definierten Wärmeübertragungsverhalten. Das Funktionsmuster wird in Bezug auf Abkühlverhalten und Druckverlust des Kühlmediums vermessen und die gewonnenen Ergebnisse fließen in die Erstellung einer Verfahrensanweisung ein, die zur Fertigung zukünftiger Kryosorptionssysteme dient.