Evaluierung von Filmkondensationsmodellen mittels numerischer Strömungssimulation

Diese Arbeit befasst sich mit der numerischen Simulation des Kondensationsprozesses im Autoscheinwerfer. Betaute Scheiben im Lichtsystem eines Autos können die Funktionalität sowie das Aussehen des Autos negativ beeinflussen. Bei vorhandenem Kondensat besteht die Gefahr, dass die Straßenausleuchtung aufgrund der Qualitätsabnahme des Lichtes verschlechtert wird. Im Erscheinungsbild eines Autos haben die Scheinwerfer einen fixen Platz eingenommen. Sowie die Augen eines Menschen dessen Auftreten bestimmen können, wirkt sich der Scheinwerfer auf das Gesamtbild Auto massgebend aus. Deswegen muss der Eyecatcher Scheinwerfer frei von Kondensat sein. Mithilfe des in dieser Arbeit entwickelten Filmmodells wird es ermöglicht, den Kondensationsprozess in einer frühen Phase der Produktentwicklung festzustellen. Gegenmaßnahmen um die Betauung zu minimieren können dadurch eingeleitet werden. Filmmodelle sind im Vergleich zu den komplizierteren Tröpfchenmodellen wesentlich schneller und effizienter in der Berechnung. Aus diesem Grund werden im Rahmen dieser Master Arbeit Filmmodelle untersucht. Die Arbeit beginnt mit einer Einführung, in welcher der Stand der Technik erläutert wird. Danach wird auf die Grundlagen der Strömungsmechanik, Thermodynamik und Kondensation eingegangen. Anschließend werden aktuelle Filmmodelle angeführt und besprochen. Der Hauptteil dieser Arbeit ist die Entwicklung eines eigenen Filmmodells. In diesem wird eine zusätzliche Transportgleichung für den Wasseranteil in der Luft gelöst. Die Verdampfungswärme wird in der Kondensationsscheibe berücksichtigt. Das Modell wird mithilfe von user defined functions (UDF) in das kommerzielle computational fluid dynamics (CFD) Programm Fluent eingebunden. Abgeschlossen wird diese Arbeit mit verschiedenen Simulationen. Im Vergleich mit einem gängigen Filmmodell konnte die Funktionsfähigkeit des entwickelten Modells gezeigt werden. Weiters wurde der Einfluss der Phasenumwandlungsenergie dargelegt. Zu guter Letzt wurde überprüft, inwieweit die ortsabhängige Einbindung der Verdampfung relevant ist. Condensation in automotive headlights is undesirable in terms of functionality and security, resulting in poor street illumination or even blinding oncoming road users. Since the design of the headlight gains more and more importance for the appearance of the vehicle, condensation in headlights also impacts customer satisfaction. To reduce the condensation risk and to improve and optimize the interior ventilation of the headlight already in an early phase of product design, accurate as well as computationally e cient methods are needed. This thesis demonstrates that film condensation models are much simpler in modeling and computationally more efficient than drop-wise condensation models. The thesis starts with the fundamentals of uid mechanics, thermodynamics and the condensation process. Afterwards several models are presented and analyzed. Also a new model is presented and compared with an existing one. In the rst approach humidity is represented by a passive scalar. It is transported with the ow but does not interact with it. The second approach uses a species model. There separated transport equations are solved for every gas species. The condensation and evaporation process are modeled at the solid surfaces. Condensation within the uid volume is taken into account by limiting the relative humidity. The model is to be applied on polycarbonate (PC) surfaces, the most commonly used material for the front lens. Therefore the model is compared with one of the discussed approaches in this work. Adjustments needed for the model to match the actual properties of condensation and evaporation on PC are discussed in detail. Aspects of the implementation as user de ned function (UDF) in the commercial CFD tool Fluent are discussed. The thesis ends with the validation of the simulation results. Therefore different condensation cases are calculated. The comparisons of the developed modell on the existing one show very good agreement.