Stoffübergang in durchströmten, rotierenden Relativsystemen Aussagefähigkeit der Naphthalin-Sublimations-Methode

In der Angewandten Forschung, vor allem für den Bereich der weit entwickelten Technologie der Turbomaschine, ist die Naphthalin-Sublimations-Methode (NSM) ein etabliertes experimentelles Verfahren zur Untersuchung von Kühlsystemen. Die NSM ist dabei Teil eines Vorgehens, hier Skalierte Analogie Methode (SAM) genannt, das die Skalierung eines Strömungssystems und die Ausnutzung der Analogie von Wärme- und Stofftransport zur Basis hat. In dieser Arbeit wird die Unsicherheit der SAM ermittelt und deren Eignung für die Beantwortung zukünftiger wissenschaftlicher Fragestellungen anhand repräsentativer Validierungsfälle bestimmt. Zur Bestimmung der Unsicherheit der SAM wird eine theoretische Betrachtung durchgeführt. Weiterhin wird die Ungenauigkeiten der NSM experimentell quantifiziert. Die theoretische Betrachtung liefert Unsicherheiten, die primär aus den notwendigen Vereinfachungen der beschreibenden Gleichungen folgen. Es wird gezeigt, dass diese vereinfachenden Annahmen nur bedingt mit den tatsächlich vorherrschenden Bedingungen kongruent sind. Die Ungenauigkeit der NSM wird durch Doppelproben-Sublimations-Experimente quantifiziert. Variiert werden dabei geometrische Parameter der Proben und die Art der mechanischen Nachbearbeitung der Naphthalin-Schicht. Ebenfalls ermittelt wird der Einfluss einer Entgasung der Naphthalin-Schmelze, die zur Schichterzeugung genutzt wird. Weiterhin liefert die lichtmikroskopische Untersuchung aller Proben einen Grund für die Ungenauigkeit der NSM in Form von bisher nicht in diesem Zusammenhang beobachten, zeitvarianten Poren in der Naphthalin-Schicht. Zur Validierung der SAM werden mit dieser die Zyklon- und die Prallkühlung als repräsentative Kühlmethoden von Turbinenschaufeln untersucht. Variiert werden dabei die Parameter Reynolds-Zahl, Rotationszahl, Filmkühlabnahme und Anstellwinkel zur Rotationsachse. Die gemessenen Daten lassen sich im Falle der Prallkühlung durch ein analytisches Modell vorhersagen, das unabhängig von den Messdaten entwickelt wird