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January 2025
eBook (PDF)
Manuel Jonas Rexer
Transienter Wärmeübergang in zyklisch belasteten Gasspeichern
Gasspeicher sind Masse- und auch Energiespeicher, die in Natur und Technik in ganz unterschiedlichen Skalen für Volumen und (Absolut-) Druck zu finden sind. Bei allen Systemen mit Gasspeichern ist die Steifigkeit bei einer zyklischen Belastung frequenzabhängig. Das dynamische Verhalten der Gasspeicher wird durch den Wärmeübergang zwischen dem Gas im Speicher und seiner Umgebung bestimmt.
Die Dissertation zeigt eine Möglichkeit, den Wärmeübergang, der durch Strömungen und Grenzschichteffekte geprägt ist, vereinfacht zu modellieren. Dazu wird ein Grey-Box-Modell entwickelt, das den Zusammenhang zwischen der komplexen Nußelt-Zahl und der Péclet-Zahl, der dimensionslose Anregungsfrequenz, beschreibt. Dieses Modell kombiniert systemtheoretische Ansätze mit experimentellen Daten, die aus Druck- und Volumenmessungen verschiedener Gasspeicher gewonnen und in den Frequenzraum übertragen werden.
Die Überführung in den Frequenzraum ermöglicht eine detaillierte Unsicherheitsanalyse. Dabei wird gezeigt, dass systematische Unsicherheit, die oft unberücksichtigt bleiben, den größten Beitrag zur Unsicherheit liefert. Zusätzlich stellt die Arbeit Ansätze für ein FAIRes (Findable, Accessible, Interoperable, Reusable) Forschungsdatenmanagement vor. Dies beinhaltet die Entwickelung von Informationsmodellen für die verwendeten Komponenten, Sensoren und Substanzen. Zum einen gewährleistet die Verknüpfung der Messdaten mit den Modellen eine vollständige Nachvollziehbarkeit der experimentellen Ergebnisse und zum anderen erleichtert deren einfache Bereitstellung den Umbau modularer Prüfaufbauten.
Die Dissertation zeigt eine Möglichkeit, den Wärmeübergang, der durch Strömungen und Grenzschichteffekte geprägt ist, vereinfacht zu modellieren. Dazu wird ein Grey-Box-Modell entwickelt, das den Zusammenhang zwischen der komplexen Nußelt-Zahl und der Péclet-Zahl, der dimensionslose Anregungsfrequenz, beschreibt. Dieses Modell kombiniert systemtheoretische Ansätze mit experimentellen Daten, die aus Druck- und Volumenmessungen verschiedener Gasspeicher gewonnen und in den Frequenzraum übertragen werden.
Die Überführung in den Frequenzraum ermöglicht eine detaillierte Unsicherheitsanalyse. Dabei wird gezeigt, dass systematische Unsicherheit, die oft unberücksichtigt bleiben, den größten Beitrag zur Unsicherheit liefert. Zusätzlich stellt die Arbeit Ansätze für ein FAIRes (Findable, Accessible, Interoperable, Reusable) Forschungsdatenmanagement vor. Dies beinhaltet die Entwickelung von Informationsmodellen für die verwendeten Komponenten, Sensoren und Substanzen. Zum einen gewährleistet die Verknüpfung der Messdaten mit den Modellen eine vollständige Nachvollziehbarkeit der experimentellen Ergebnisse und zum anderen erleichtert deren einfache Bereitstellung den Umbau modularer Prüfaufbauten.
Keywords: Luftfeder; Hydrospeicher; transienter Wärmeübergang; komplexe Nußelt-Zahl; Unsicherheit; Forschungsdatenmanagement
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Print version: 978-3-8440-9753-5
DOI 10.2370/9783844098532
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