Analyse thermomechanischer Spannungen in metallischen Innengehäusen konvektionsdominierter Industrieöfen

Wärmeübertragung in Fluiden .............................................................. 132.1.2.2 Wärmeübertragung in Feststoffen ........................................................ 132.1.2.3 Konvektive Wärmeübergänge .............................................................. 142.1.2.4 Strahlung .............................................................................................. 162.1.3 Strukturmechanik ......................................................................................... 192.2 Numerische Strömungsmechanik ........................................................................ 232.2.1 Finite-Volumen-Methode ............................................................................. 242.2.2 Anwendung der FVM auf inkompressible Strömungen ................................ 252.2.3 Turbulenzmodellierung ................................................................................ 272.2.4 Wandnahe Bereiche .................................................................................... 342.2.5 Chemische Komponenten und Verbrennung ............................................... 352.3 Numerische Wärmeübertragung .......................................................................... 362.3.1 Konvektion ................................................................................................... 362.3.2 Wärmeleitung............................................................................................... 362.3.3 Strahlung ..................................................................................................... 372.3.4 Konvektive Wärmeübergänge...................................................................... 382.4 Numerische Strukturmechanik ............................................................................. 382.4.1 Finite-Elemente-Methode ............................................................................ 392.4.2 Anwendung der FEM in der Strukturmechanik ............................................ 402.4.3 Randbedingungen ....................................................................................... 422.4.4 Elementauswahl .......................................................................................... 432.5 Zeitdiskretisierung in numerischen Berechnungen .............................................. 442.6 Kopplung ............................................................................................................. 452.7 Modellierung von Thermoprozessanlagen ........................................................... 472.7.1 Wärmedämmung ......................................................................................... 472.7.2 Ventilatoren ................................................................................................. 482.7.2.1 Rotierendes Bezugssystem .................................................................. 482.7.2.2 Zwangsbedingung ................................................................................ 492.7.2.3 Randbedingungen ................................................................................ 492.7.3 Energiebilanz ............................................................................................... 502.8 Stoffdaten ............................................................................................................ 532.8.1 Konstruktionswerkstoffe ............................................................................... 532.8.2 Wärmedämmwerkstoffe ............................................................................... 562.8.3 Fluide ........................................................................................................... 572.9 Analytische Modelle ............................................................................................. 592.9.1 Analytische Wärmeleitungsmodelle ............................................................. 592.9.1.1 Analytische Lösung der instationären Wärmeleitungsgleichung(auch für Fo < 0.2) ................................................................................ 592.9.1.2 Temperaturgradient in Rippen .............................................................. 642.9.1.3 Kapazitätsstromverhältnis..................................................................... 652.9.2 Analytische Thermospannungsmodelle ....................................................... 662.9.2.1 Einfluss der Bauteildicke ...................................................................... 662.9.2.2 Gradienten in Blechdickenrichtung ....................................................... 672.9.2.3 Einfluss von Versteifungsrippen ........................................................... 683 Thermospannungen in einer kontinuierlichenWärmebehandlungsanlage (Schwebebandofen) ...................................................... 703.1 Untersuchungsgegenstand .................................................................................. 703.1.1 Geometrie .................................................................................................... 723.1.2 Randbedingungen ....................................................................................... 733.2 Ergebnisse ........................................................................................................... 813.2.1 Fall 1, ohne Versteifungsrippen ................................................................... 843.2.2 Fall 2, mit außenliegenden Versteifungsrippen ............................................ 883.2.3 Fall 3, mit innenliegenden Versteifungsrippen ............................................. 923.2.4 Fall 4, mit innenliegenden, strömungsangepasstenVersteifungsrippen ...................................................................................... 963.2.5 Fall 5, ohne Versteifungsrippen, direkt beheizt .......................................... 1013.2.6 Fall 6, mit außenliegenden Versteifungsrippen, direkt beheizt .................. 1053.3 Diskussion ......................................................................................................... 1094 Thermospannungen in einem kontinuierlichen Anwärmofen(Bolzenerwärmungsanlage) ...................................................................................... 1134.1 Untersuchungsgegenstand ................................................................................ 1134.1.1 Geometrie .................................................................................................. 1144.1.2 Randbedingungen ..................................................................................... 1154.2 Ergebnisse ......................................................................................................... 1194.2.1 Fall 1, ohne Versteifungsbleche, einfache Blechdicke (3 mm) .................. 1204.2.2 Fall 2, ohne Versteifungsbleche, doppelte Blechdicke (6 mm) .................. 1234.2.3 Fall 3, mit Versteifungsblechen, einfache Blechdicke ................................ 1264.3 Diskussion ......................................................................................................... 1295 Thermospannungen in einer diskontinuierlichenWärmebehandlungsanlage (Kammerofen) .............................................................. 1305.1 Untersuchungsgegenstand ................................................................................ 1305.1.1 Geometrie .................................................................................................. 1325.1.2 Randbedingungen ..................................................................................... 1335.2 Ergebnisse ......................................................................................................... 1365.2.1 Stationärer Betriebszustand ...................................................................... 1365.2.2 Instationärer Betriebszustand .................................................................... 1425.2.3 Diskussion ................................................................................................. 1456 Zusammenfassung und Ausblick ...................................................................... 1467 Literatur ............................................................................................................... 148