Die vorliegende Dissertation zielt auf die numerische Simulation des Tropfenaufpralls auf eine Wand ab, die gegenüber der Sättigungstemperatur des Fluids überhitzt ist. Der Wärmeübergang während des Tropfenaufpralls ist von besonderer Bedeutung im Rahmen der Sprühkühlung, die eine hervorragend geeingnete Technologie zur Übertragung großer Wärmemengen bei kleinen Temperaturdifferenzen darstellt.

Während die Hydrodynamik eines aufprallenden Tropfens in der Vergangenheit intensiv untersucht wurde, ist der Wärmeübergang während des Aufpralls im nicht isothermen Fall noch nicht vollständig verstanden, insbesondere wenn Verdampfungsprozesse relevant sind. Außerdem haben zahlreiche Forschungsarbeiten zu Siedevorgängen in der Vergangenheit gezeigt, dass die Verdampfung nahe der 3-Phasen Kontaktlinie, an der die flüssige, feste und gasförmige Phase aufeinander treffen, einen signifikanten Teil zum global Wärmeübergang beitragen kann. Daher ist zu erwarten, dass für ein tieferes Verständnis der globalen Vorgänge die genaue Kenntnis der physikalischen Vorgänge an der Kontaktlinie unumgänglich ist. Bislang ist jedoch noch kein Versuch unternommen worden, den Wärmeübergang beim Tropfenaufprall unter Berücksichtigung der Mikrothermodynamik an der Kontaktlinie zu modellieren.

Zur Erlangung eines tieferen Verständnisses der grundlegenden Wärmetransportmechanismen während des Tropfenaufpralls und um die Bedeutung der individuellen Mechanismen zu quantifizieren, wird im Rahmen dieser Dissertation eine numerische Simulation des Tropfenaufpralls durchgeführt. Numerische Simulationen bieten einen Einblick in Vorgänge auf Längen- und Zeitskalen, die jenseits der Auflösung etablierter Messtechniken liegen. Das numerische Modell basiert auf der Volume of Fluid Methode zur Verfolgung der Tropfenform. Die Verdampfung an der Phasengrenze wird im Rahmen des Modells berücksichtigt. Besondere Aufmerksamkeit wird der Modellierung des Wärmeübergangs durch Verdampfung im Bereich der bewegten 3-Phasen Kontaktlinie gewidmet.

Das entwickelte numerische Model wird anhand hochaufgelöster experimenteller Daten zum Einzeltropfenaufprall validiert. Die numerischen Vorhersagen geben die Messdaten dabei in guter Übereinstimmung wieder. Gleichzeitig geben die detaillierten Berechnungsergebnisse Aufschluss über die dominanten Wärmetransportvorgänge während des Aufpralls. Darüber hinaus wird das Modell eingesetzt, um den Einfluss der wichtigsten Einflussgrößen zu untersuchen. Dabei wird der große Vorteil numerischer Simulationen ausgenutzt, dass alle Prozessparameter unabhängig kontrollierbar sind. Auch wenn der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit auf der Untersuchung von Einzeltropfen liegt, wird auch die Wechselwirkung von zwei simultan aufprallenden Tropfen qualitativ bewertet.