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Modellierung und numerische Simulation des Aufheizverhaltens von PKW-Bauteilen und -Karossen in Trocknern

Blanke, Cornelia :
Modellierung und numerische Simulation des Aufheizverhaltens von PKW-Bauteilen und -Karossen in Trocknern.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2009)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Modellierung und numerische Simulation des Aufheizverhaltens von PKW-Bauteilen und -Karossen in Trocknern
Language: German
Abstract:

Die Arbeit entstand in den Jahren 2005 bis 2008 während meiner Anstellung als Doktorandin im Bereich der Simulation Lackiertechnik bei der DaimlerChrysler AG (seit Oktober 2007: Daimler AG). Inhaltlich geht es um die Entwicklung einer Vorgehensweise zur Berechnung der Aufheizung von unlackierten Rohbaukarossen in industriellen Lacktrocknern. Dieser Teilaspekt des Lacktrocknungsprozesses ist durch das komplexe Zusammenspiel einer turbulenten Luftströmung mit allen drei Arten der Wärmeübertragung (d.h. konvektiv, radiativ und konduktiv) gekennzeichnet. Nach einer kurzen Einführung in den Lackierprozess der Automobilproduktion werden deshalb die zum Verständnis der Arbeit notwendigen physikalischen und numerischen Grundlagen vorgestellt sowie die kommerziellen Strömungslöser StarCD und Fluent miteinander verglichen. Ausgestattet mit diesen Werkzeugen wird dann anhand mehrerer vereinfachter Geometrien die grundlegende Modellbildung untersucht. Neben der generellen Leistungsfähigkeit der beiden ausgewählten Softwarepakete werden dabei vor allem die Vernetzung der Geometrie, die Verfahren zur Diskretisierung der verschiedenen Terme aus den Differenzialgleichungen und die Modellierung der Turbulenzeigenschaften analysiert. Auf diese Weise kann schließlich eine Zusammenstellung der wichtigsten Kriterien, die bei der Modellierung und Simulation von Aufheizprozessen zu beachten sind, hergeleitet werden. Um die Praxistauglichkeit der Vorgehensweise zu prüfen, wird mit Hilfe der gewonnenen Erkenntnisse die Aufheizung einer E-Klasse-Fahrertür in einem Technikumstrockner simuliert. Aufgrund der komplizierten Geometrie, den damit verbundenen Schwierigkeiten bei der Generierung von Rechennetzen und den am Aufheizprozess beteiligten Prozessstoffen entsteht hierbei eine neue Komplexität, die es erforderlich macht, die Methoden zu überdenken und weiterzuentwickeln. Da gleichzeitig auch die Anforderungen an die Hardware stark ansteigen, wurde die Berechnung ganzer Karossen in realen Produktionstrocknern extern beauftragt. Die ersten Zwischenergebnisse aus diesen Projekten bilden den Abschluss der Arbeit.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The work was developed in the years 2005 to 2008 during my employment as PhD student in the department for simulation of painting technologies at DaimlerChrysler AG (since octobre 2007: Daimler AG.) It deals with the development of an approach for computing the actual heating of uncoated car bodies in industrial paint curing ovens. This aspect of the paint curing process is characterized by the complex interaction of a turbulent air flow with all three modes of heat transfer (i.e. convective, radiative, and conductive). After a short introduction to the painting process of the automotive production, the physical and numerical basics for understanding the work are therefore presented and the commercial flow solvers StarCD and Fluent are compared to each other. Equipped with these instruments the fundamental modelling is examined by regarding some simplified geometries. In addition to the general performance of the selected software packages, the meshing of the geometry, the discretization methods for the different terms of the differential equations and the turbulence modelling are mainly analyzed. Thus a summary of the most important criteria that have to be considered when modelling and simulating heating processes is finally deduced. For testing the feasibility of the approach, the heating of an E-class driver's door in a laboratory oven is simulated making use of the acquired findings. Due to the complicated geometry, the associated difficulties with mesh generation and the procedural matters involved in the curing process, a new complexity arises at this stage that makes it necessary to review and enhance the methods. As the hardware demands increase simultaneously, the computation of whole car bodies in real production ovens was outsourced to external companies. The first intermediate results of these projects conclude the work.English
Uncontrolled Keywords: Simulation, CFD, Strömungsmechanik, Thermodynamik, Lackierprozess
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Simulation, CFD, Strömungsmechanik, Thermodynamik, LackierprozessGerman
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Maschinenbau > Numerische Berechnungsverfahren im Maschinenbau
Date Deposited: 02 Jun 2009 08:35
Last Modified: 07 Dec 2012 11:55
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-13869
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Schäfer, Prof. Dr. Michael and Stephan, Prof. Dr.- Peter and Weiss, Prof. Dr, Daniel
Refereed: 28 January 2009
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/1386
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