Experimentelle Untersuchung des Wärmeüberganges bei kryogener Abkühlung einer Ti-6Al-4V-Probe für eine Prallstrahlanordnung

Die kryogene Kühlung ist als solche insbesondere für Anwendungsbereiche, in denen eine hohe thermische Belastung anfällt, von großem Interesse. Dies liegt darin begründet, dass bei der kryogenen Kühlung im Vergleich zu anderen Kühlverfahren wesentlich höhere spezifische Wärmeströme erzielt werden werden können. So kommt die kryogene Kühlung unter anderem in der Computertechnik und bei der Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe, wie beispielsweise Ti-6Al-4V, zum Einsatz. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Experiment durchgeführt und ausgewertet, mit welchem der Wärmeübergang bei der kryogenen Kühlung von Ti-6Al-4V im bei der kryogenen Zerspanung relevanten Temperaturbereich bestimmt werden kann. Die Genauigkeit der Messdaten wird dabei überprüft um Rückschlüsse auf die Qualität der Ergebnisse zu ermöglichen. Zudem wurde ein Vergleichsexperiment entwickelt, um die Auswirkungen weiterer möglicherweise relevanter Einflussfaktoren zu ermitteln. Die Durchführung dieses Vergleichsexperimentes steht allerdings noch aus. Zur Auswertung der Messdaten wurde eine neue Methode entwickelt, welche für die vorliegenden Messdaten eine höhere Ergebnisgenauigkeit verspricht, als die bisher bekannten und angewandten Methoden. Diese Methode wird hergeleitet und in ihrer Funktionsweise beschrieben. Die dabei erreichbare Genauigkeit wird mit verschiedenen Ansätzen überprüft und mit jener der bisher eingesetzten Methode verglichen. Somit können die im Rahmen einer Parametervariation am Versuchsaufbau ermittelten Messdaten analysiert werden. Die Ergebnisse dieser Parametervariation werden vorgestellt und untersucht. Damit können die Auswirkungen verschiedener den Wärmeübergang bei der kryogenen Kühlung beeinflussender Faktoren, wie beispielsweise Massenstrom, Anströmwinkel und Grenzflächentemperatur, ermittelt und aufgezeigt werden. Basierend auf den ermittelten Abhängigkeiten werden Ansatzpunkte für die weitergehende Untersuchung des Wärmeüberganges bei der kryogenen Kühlung aufgezeigt und Ansätze für die Steigerung der Kühleffizienz in der praktischen Anwendung genannt