Thermomanagement
Thermomanagement stellt die zielorientierte Nutzung und die damit verbundene bedarfsorientierte Umschichtung der beim Betrieb von Kraftfahrzeugen anfallenden Wärme sicher. Hierzu müssen alle Wärmequellen und -senken sowie deren zeitabhängige Kühlungs- bzw. Heizungsanforderungen bekannt sein. Eine Aufgabe des Thermomanagements liegt in der Sicherstellung der Kühlleistung. Diese wird zur Wärmeabfuhr an den involvierten Bauteilen und aus dem Fahrgastraum benötigt. Ein weiteres Ziel stellt die produktive Nutzung aller verfügbaren Wärmequellen zur Energieeinsparung dar. Beispielsweise kann durch gezielte Thermomanagementmaßnahmen während des Fahrzeugwarmlaufs die Reibung im Antriebsstrang vermindert und dadurch der Energieverbrauch reduziert werden. Vor allem bei niedrigen Umgebungstemperaturen ist auch der Innenraumkomfort der Passagiere ein wichtiges Kriterium, da die zur Beheizung des Fahrgastraums erforderliche Wärme aus dem Kühlsystem entnommen werden muss.
Die drei wichtigsten Aufgaben des Thermomanagements sind
- Optimale Auslegung und Konditionierung des Fahrzeugkühlsystems
- Sicherstellung des Innenraumkomforts
- Thermische Absicherung von Bauteilen
Bei Fahrzeugen mit alternativen Antrieben erhöht sich die Komplexität des Thermomanagements, da hier die z. B die Batterie und die Leistungselektronik auf niedrigeren Temperaturniveaus möglichst konstant gehalten werden müssen. Die verfügbare Wärmemenge im Kühlsystem ist aufgrund der höheren Wirkungsgrade niedriger, was i.d.R. den Aufwand zusätzlicher Energie für Innenraumkomfort erfordert. Auch im Thermomanagement stellt die numerische Simulation eine wichtige Stütze für den Entwicklungsprozess dar. Die Auslegung und Optimierung von Kühlsystemen erfolgt am FKFS mit Hilfe von 1D-Simulationstools, die speziell für Hydraulik- und Wärmeübertragungsanwendungen entwickelt worden sind. Komponenten können mittels spezieller Komponentenprüfstände und in der 3D CFD untersucht und optimiert werden.
Wärmeschutz
Für Wärmeschutzuntersuchungen sind insbesondere der Motorraum und die Abgasanlage sowie deren Umströmung von Bedeutung. Neben experimentellen Untersuchungen im Thermowindkanal werden am FKFS 3D Simulationsverfahren eingesetzt.
Für die Berechnung von Bauteiltemperaturen werden in der Regel 3D-Programme zur Simulation von Wärmeleitung und -strahlung eingesetzt. Ein Beispiel ist die Berechnung der Temperaturverteilung am Motorlager in unmittelbarer Nähe einer Abgasanlage. Über entsprechende Schnittstellen lassen sich konvektive Wärmeströme aus der CFD-Berechnung zellweise an den thermischen Löser übergeben.
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