In der Arbeit werden die Ergebnisse einer grundlegenden experimentellen Untersuchung der Umströmung und des Wärmeübergangs an PKW-Scheibenbremsen diskutiert. Die Ergebnisse liefern neue Erkenntnisse über die komplexen Strömungsvorgänge im Bereich der Bremsanlage und stellen darüber hinaus eine umfangreiche Datenbasis zur Validierung von numerischen Berechnungsverfahren bereit. Die detaillierte Analyse der Strömungsvorgänge erfolgt mit Hilfe von zwei neu konstruierten Versuchsständen, die sowohl die Untersuchung der Grenzschichtströmung und des Wärmeübergangs an einem generischen Bremsscheibenmodell als auch der Bremsscheibenumströmung in einer realitätsnahen Fahrzeugumgebung ermöglichen. Die räumlich hochaufgelöste Vermessung der komplexen, dreidimensionalen Strömungsfelder (Stereoskopische Particle Image Velocimetry) im Bereich der Bremsscheibe sowie der Temperaturfelder (Infrarot- Thermografie) auf der Scheibe erfolgt mit berührungslosen, optischen Messverfahren, durch die eine Beeinflussung der untersuchten Strömung vermieden wird. Im ersten Testfall einer quer zur Rotationsachse überströmten und beheizten Bremsscheibe wird der Einfluss der Scheibenrotation auf eine turbulente Plattengrenzschicht und der resultierende Effekt auf die Kühlleistung untersucht. Ferner wird die Veränderung der Turbulenzstrukturen durch die Wärmeeinleitung an der Scheibenoberfläche beschrieben und die Auswirkung auf den konvektiven Wärmetransport aufgezeigt. Anhand der Messergebnisse wird nachgewiesen, dass sich die infolge der Scheibenrotation entstehenden Bereiche mit beschleunigter bzw. verzögerter Relativgeschwindigkeit weitestgehend kompensieren, so dass die mittlere konvektive Kühlleistung der Scheibe im Vergleich zu einer reinen Translationsströmung nur insignifikant zunimmt. Im zweiten Testfall erfolgt eine Untersuchung der Bremsscheibenumströmung im Radhaus eines vereinfachten PKW-Halbmodells mit offenem Luftführungskanal zur gezielten Bremsenanströmung. Ein Radmodell mit Acrylglas-Laufflächen ermöglicht dabei trotz der eingeschränkten Zugänglichkeit zum Radhaus detaillierte Geschwindigkeitsmessungen im Nahfeld der Bremsscheibe. Neben einer Betrachtung der Bremsscheibenumströmung wird die globale Strömungstopologie im Radhaus analysiert. Es wird gezeigt, dass die für den konvektiven Wärmeübergang maßgebliche Umströmung der Bremsscheibe durch den im offenen Luftführungskanal gebildeten Luftstrahl dominiert wird. Dabei wird der Verlauf des Luftstrahls vom Ablöseverhalten an der inneren Reifenflanke bestimmt, welches wiederum maßgeblich durch den Abströmwinkel des Strahls am Austritt des offenen Luftführungskanals beeinflusst wird.

    In this thesis the results of an extensive experimental investigation of the flow and the heat transfer at car brake disks are discussed. The measurement results give new insights into the flow phenomena in the vicinity of a car braking system and provide a comprehensive experimental data basis for the validation of numerical computation methods. The detailed analysis of the flow phenomena is accomplished by two new designed test rigs, which enable the investigation of the boundary layer flow and the convective heat transfer at a generic brake disk model and furthermore the flow around a brake disk in the wheel house of a realistic car model. The spatially highly resolved measurement of the complex, three-dimensional flow fields (Stereoscopic Particle Image Velocimetry) in the vicinity of the brake disk and the temperature fields (Infrared Thermography) on the disk is performed with non-intrusive, optical measurement techniques, which do not interfere with the investigated flow. In the first test case of a heated, rotating disk, which is passed by an airstream perpendicular to its axis of rotation, the influence of the rotation on a turbulent boundary layer flow and the resulting impact on the cooling power is investigated. Furthermore the effect of the wall heating on the turbulent structures and its consequence on the convective heat transfer is discussed. It is shown that the disk rotation causes regions with accelerated and decelerated flow, which almost compensate each other, so that the average cooling power only insignificantly improves over a pure translational flow. In the second test case the flow around a brake disk in the wheel-house of a simplified car-halfmodel is investigated. The car model owns an open air duct to guide the incoming air flow in the direction of the brake disk. The wheel model is equipped with acrylic glass tire treads, which enable detailed velocity measurements directly at the brake disk despite of the restricted access to the wheel-house. In addition to the investigation of the flow pattern in the vicinity of the brake disk, the global flow topology in the wheel house is analyzed. It is demonstrated that the flow and the resulting convective heat transfer is significantly affected by the jet generated in the open air duct. The development of the jet in the wheel house is dominated by the separation behaviour at the inner tire wall, which is in turn mainly influenced by the flow angle of the jet at the air duct exit.


    Zugriff

    Zugriff über TIB

    Verfügbarkeit in meiner Bibliothek prüfen

    Bestellung bei Subito €


    Exportieren, teilen und zitieren