Lacktrocknungsvorgänge auf dreidimensionalen Geometrien - Simulation und Experiment -

• Main Author: Brinckmann, Felix
• Format: Others
• Language: German; de
• Published: tuprints 2011
• Online Access: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/2798/4/dissertation.pdf; Brinckmann, Felix <http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/view/person/Brinckmann=3AFelix=3A=3A.html> (2011): Lacktrocknungsvorgänge auf dreidimensionalen Geometrien - Simulation und Experiment -.Darmstadt, tuprints, Technische Universität, [Ph.D. Thesis]

Trocknungsprozesse im industriellen Maßstab sind sehr energieaufwändig und bieten daher ein entsprechendes Energieeinsparpotential. Große Anteile der eingesetzten Energie werden benötigt, um in den Lacken enthaltene Dispersions- und Lösemittel zu verdunsten. Zur Ausschöpfung der Möglichkeiten der Energieeinsparung ist die Vorhersage von Trocknungsprozessen in Form von Simulationen bei der Auslegung neuer Anlagen sowie zur Optimierung bestehender Trocknungsanlagen unbedingt notwendig. Trocknungssimulationen können weiterhin in einer "`Digitalen Fabrik"' verwendet werden, um im Produktentwicklungsprozess frühzeitig Engpässe bezüglich des lackiergerechten Designs von Bauteilen zu erkennen. Zur Qualitätssicherung ist es außerdem wünschenswert, die Auswirkungen von Änderungen an der Trocknungsanlage oder Bauteilen auf den Trocknung vorherzusagen. Zur Vorhersage der Trocknung von wasserbasierten Lackschichten wird in dieser Arbeit ein theoretisches Berechnungsmodell vorgeschlagen. Bei der Modellierung der Trocknung wird eine Dispersionstrocknung angenommen. Das Trocknungsmodell berechnet den Stofftransport eines ternären Modelllacksystems eindimensional, senkrecht zur freien Lackoberfläche. Der Wärmestrom in die Lackschicht sowie die Verdampfungsenthalpien der Dispersionsmittel werden berücksichtigt. Um die Trocknung von Lackschichten auf dreidimensionalen Oberflächengeometrien auch unter komplexen Strömungsbedingungen vorhersagen zu können, wird das Trocknungsmodell über benutzerdefinierte Schnittstellen an den kommerziellen CFD-Solver FLUENT angebunden. Ferner wird in dieser Arbeit ein Laborversuchsstand vorgestellt, in dem die Trocknung einer wasserbasierten Lackschicht auf einem Probeblech unter definierten Randbedingungen charakterisiert werden kann. Während der Trocknung werden Masse und Temperatur des Probeblechs sowie der Anteil des organischen Lösemittels in der Abluft erfasst. Umfangreiche experimentelle Messungen bei unterschiedlichen Strömungsbedingungen sowie Trocknungsparameterstudien bezüglich Lufttemperatur, Luftgeschwindigkeit und Luftfeuchtigkeit wurden an dem Versuchsstand vorgenommen. Zur Verifikation des Trocknungsmodells wurden die durchgeführten Experimente simulativ nachgestellt. Eine sehr gute Übereinstimmung von Experiment und Simulation konnte nachgewiesen werden. Zur Demonstration der Funktionsweise des Trocknungsmodells wurden exemplarisch anwendungsnahe Problemstellungen betrachtet. So wurde exemplarisch die Trocknung auf einer Karosserie in einem generischen Durchlauftrockner sowie einer lackierten Flugzeugaußenhaut in einer Halle simuliert. Außerdem wurde das Trocknungsmodell so erweitert, dass die Trocknung von kontinuierlich bewegten Gütern in einem Förderbandtrockner berechnet werden konnte.