Browsing by Author "Frank, Alexander"

Now showing 1 - 2 of 2

Open Access
Modellierung und Analyse der thermo-fluiddynamischen Vorgänge in Schaltschränken unter Berücksichtigung von Wärmestrahlung und Entropieproduktion
(2019) Frank, Alexander; Spindler, Klaus (apl. Prof. Dr.-Ing.)
Durch die fortschreitende Miniaturisierung der Elektronikkomponenten sind thermische Probleme eine Hauptursache für den Ausfall von Schaltschränken in der Fertigungstechnik. Um dieser Problematik zu begegnen, befasst sich die vorliegende Arbeit mit der Modellierung und Simulation von thermo-fluiddynamischen Vorgängen in Schaltschränken. Zu diesem Zweck wird die Open Source CFD-Bibliothek OpenFOAM angewendet und weiterentwickelt. Die turbulente Luftströmung im Schaltschrank wird mit dem SST-Modell modelliert, wobei zwei unterschiedliche Produktionsterme für Auftrieb untersucht werden. Neben Randbedingungen für die Klimatechnik werden Wandfunktionen für erzwungene Konvektionsströmungen implementiert. Zur Berechnung der Wärmestrahlung wird ein Sichtfaktormodell verwendet. Die hierfür erforderlichen Sichtfaktoren werden mit Hilfe eines neu-entwickelten Monte-Carlo-Verfahrens ermittelt. Um die Genauigkeit und die numerischen Eigenschaften der Sichtfaktormatrix zu verbessern, wird ein Glättungsverfahren implementiert. Zur Validierung der Teilmodelle werden Testfälle aus der Literatur verwendet, wobei eine gute Übereinstimmung erzielt wird. Durch einen Vergleich mit Temperaturmessdaten, die an verschiedenen Positionen in einem Laborprüfstand erfasst werden, wird das Gesamtmodell verifiziert. Es wird dabei sowohl der Betrieb bei freier Kühlung als auch der Betrieb mit Klimatechnik untersucht. Die maximale Abweichung zwischen Messungen und Simulationen liegt im Bereich von 3.6 K. Es zeigt sich, dass beim untersuchten Schaltschrank bei freier Kühlung ca. 50 % des Wärmestroms von den elektronischen Bauteilen durch Strahlung übertragen wird. Um den Schaltschrank-Betrieb energetisch zu optimieren, wird neben den Strömungsgrößen die lokale Entropieproduktion im Schaltschrank untersucht. Die Gleichungen für die lokale Entropieproduktion durch irreversible Wärmeleitung und Dissipation mechanischer Energie werden der Literatur entnommen und in OpenFOAM implementiert. Die Gleichungen für die Entropieproduktion durch Wärmestrahlung werden für das Sichtfaktormodell hergeleitet und ebenfalls implementiert. Anhand von Betriebssituationen mit und ohne Klimatechnik werden Optimierungspotentiale aufgezeigt und dadurch der praktische Nutzen der Methodik demonstriert. Es zeigt sich, dass die lokale Entropieproduktion einen tiefen Einblick in die Strömungs- und Wärmeübertragungsprozesse ermöglicht und dadurch wertvolle Informationen liefern kann.
Open Access
Thermal Imaging for Interactive Public Displays
(2016) Frank, Alexander
Nowadays when moving in public spaces such as pedestrian areas, train stations or shopping centers, people can oftentimes encounter public displays. They provide passersby with information potentially relevant to their current situation and needs, e.g. places of interest or train schedules. However, not always does a passerby find a way to tailor the information content displayed to his or her current needs. These non-interactive displays update their displayed contents, if at all, based on internal signals the passerby has no control over. Updates may occur in set intervals of time or upon a train's arrival and departure, for example. Interactive public displays on the other hand offer passersby the option to actively manipulate the displayed contents in a way they see fit to their current needs. They can, for example, gather more information on a certain place of interest or a shopping center's offerings. If a public display's hardware does not inherently support interaction, for example via touch or gestures, retrospectively implementing such interaction techniques requires either all new hardware replacing the old display, or additional hardware such as cameras. Adding new hardware however proves challenging when simultaneously trying to meet the requirements posed upon public interfaces. In this work, possible ways to enable interaction for otherwise non-interactive public displays, while keeping privacy concerns in mind, will be discussed and a prototype using thermal vision is developed.