Neuartige divergente Weitwurfdüsen mit optimiertem Strömungsprofil

(14.7.2015) Weitwurfdüsen werden in der Industrie und der Gebäudetechnik vielfältig eingesetzt - u.a. im Bereich der Gebäudeklimatisierung. Auch bei der Trocknung von weit entfernten Bauteilen, wie beispielsweise in der Karosserielackierung oder in der Glasherstellung werden konvergente Weitwurfdüsen verwendet. Die technische He­rausforderung besteht darin, ein entferntes Gut möglichst effektiv, zielgerichtet und vor allem gleichmäßig zu erreichen.

Am Institut für Thermodynamik für Luft- und Raumfahrt der Universität Stuttgart wur­de nun eine neuartige divergente Düse entwickelt, die auch in großer Entfernung noch ein homogenes Strömungsprofil aufweisen soll und für größere Auftreffflächen geeignet sei. Dazu lässt sich auf Basis numerischer Berechnungen das Strömungspro­fil durch den Einbau eines Zentralkörpers in die Düse optimieren. Eine Erhöhung der Pumpleistung sei dabei nicht erforderlich.

Zur Erinnerung:

• Konvergente (zusammenlaufende) Düsen erzielen größere Eindringtiefen durch eine hohe Beschleunigung des Fluids.
• Mit einer divergenten Düse können zwar größere Flächen besprüht oder ge­trocknet werden, die Eindringtiefe bleibt jedoch geringer. Denn durch die diver­gente Austrittsöffnung kommt es häufig schon im Diffusor zu einer Strömungs­ablösung und infolge dessen zu einer inhomogenen Strömungs- und Tempera­turverteilung.

Prinzipskizze und Wirkungsweise der neuartigen Weitwurfdüse (rechts) im Vergleich zum Stand der Technik.

Die beiden Wissenschaftler Prof. Dr.-Ing. Bernhard Weigand und Dr.-Ing. Sebastian Spring können durch numerische Berechnungen aufzeigen, dass sich das Strömungs­profil durch den Einbau eines Zentralkörpers in die Düse optimieren lässt. Dieser Zen­tralkörper könne so geformt werden, dass z.B. die Geschwindigkeits- und/oder die Temperaturverteilung im Fernfeld gleichförmig wird. Zudem soll der Druckverlust ver­ringert werden können. Aufgrund dieser Eigenschaften eigne sich die Apparatur be­sonders gut für den Einsatz als Weitwurfdüse für große Eindringtiefen in Trocknungs- oder Belüftungsanlagen.

Die Grundlage des Konzeptes ist eine numerische Optimierung mit Hilfe eines geneti­schen Algorithmus. Dieser bietet nicht nur die Möglichkeit, die Eindringtiefe zu opti­mieren, sondern auch die Möglichkeit, mehrere Zielparameter gleichzeitig vorzugeben.

Die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH betreut die Patentierung der Erfindung und sucht nun im Auftrag der Universität Stuttgart einen Kooperationspartner oder Li­zenznehmer für diese Innovation.

Weitere Informationen zu divergenten Weitwurfdüsen mit optimiertem Strömungs­profil können per E-Mail an TLB angefordert werden.