Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Wärmeübertragung an einem kleinen Hubkolben-Luftverdichter

Verdichtete Gase finden sich, direkt oder indirekt, in den verschiedensten Lebensbereichen, wobei der Bedarf weiter wächst und der Energieaufwand zur Verdichtung nicht zu unterschätzen ist. Daher sind die Hersteller von Verdichtern an einer Senkung des Energiebedarfs wie auch an einer Lebensdauererhöhung interessiert. Die zum Verdichten verwendeten Arbeitsmaschinen sind erheblichen Anforderungen ausgesetzt. Beispielsweise bewältigen die in dieser Arbeit untersuchten Hubkolben-Luftverdichter von Nutzfahrzeugen ein Druckverhältnis von ca. 13 in einer Stufe. Dies führt zu einer erheblichen Temperaturerhöhung des Gases und damit auch der umgebenden Bauteile, welcher durch Kühlung entgegengewirkt wird. Die durch Temperaturdifferenzen verursachten Wärmeströme im Zylinderkopf haben auch Einfluss auf die Fördermenge und die Effizienz des Verdichters. Die vorliegende Arbeit geht dem bisher wenig betrachteten Thema der Thermodynamik im Zylinderkopf nach und sucht zum einen theoretisch, mit Hilfe von Strömungsberechnungen, die Größe von Wärmeübergangszahlen in der Saugund Druckkammer allgemein und an verschiedenen kritischen Bauteilen, wie den Ventildurchgängen im Speziellen, zu bestimmen. Zum anderen werden durch Experimente gezielte Untersuchungen zur Verbesserung der Kühlung bzw. zur Vermeidung der Aufheizung des angesaugten Gases und zur Kühlung des ausgeschobenen Gases durchgeführt.