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November 2014
Stephanie Geier
Numerische Untersuchung des Expansionsverhaltens von Polyurethanschaum auf Mikro- und Makroskala
Polyurethanschäume werden aufgrund ihrer Vielseitigkeit zur Herstellung unterschiedlicher Produkte eingesetzt. Dazu zählen Automobilinstrumententafeln, Kühlgeräte und Schuhsohlen.
Durch eine geeignete Wahl der Ausgangskomponenten und der Prozessführung können die Eigenschaften der Schäume für ihre unterschiedlichen Anwendungsgebiete in weiten Grenzen variiert werden. Insgesamt ergeben sich komplexe Verfahrensabläufe, die noch immer überwiegend empirisch optimiert werden.
Durch die wachsende Rechenkapazität bieten numerische Simulationen zunehmend die Möglichkeit, komplexe Vorgänge wie das Schäumen von Polyurethan in geeigneter Weise abzubilden und vorherzusagen.
Im Rahmen dieser Arbeit wird das Expansionsverhalten von Polyurethanschaum auf unterschiedlichen Größenskalen untersucht. Bei den makroskopischen Formfüllsimulationen wird der Schaum als pseudohomogenes Fluid mit veränderlichen Stoffeigenschaften beschrieben. Dadurch können Fehlstellen im Bauteil vorhergesagt werden und die Analyse der Temperatur-, Druck- und Dichteverteilung im Bauteil gibt Hinweise zur Optimierung der Formfüllprozesse.
Zur Vorhersage von Schaumeigenschaften wie der Wärmeleitfähigkeit werden Informationen zur lokalen Schaumstruktur benötigt. Deshalb werden im Rahmen dieser Arbeit Simulationen auf der Blasenskala durchgeführt. Dabei wird das Blasenwachstum innerhalb eines repräsentativen Schaumvolumens unter Berücksichtigung der im Bauteil vorliegenden Strömungs- und Prozessbedingungen abgebildet. Außerdem werden Wechselwirkungen zwischen benachbarten Blasen berücksichtigt.
Durch die Simulationsansätze auf Mikro- und Makroskala ist es möglich, den Formfüllprozess mit Polyurethanschaum sowie die Ausbildung der lokalen Schaumstruktur vorherzusagen und zur Optimierung des Prozesses zu nutzen.
Durch eine geeignete Wahl der Ausgangskomponenten und der Prozessführung können die Eigenschaften der Schäume für ihre unterschiedlichen Anwendungsgebiete in weiten Grenzen variiert werden. Insgesamt ergeben sich komplexe Verfahrensabläufe, die noch immer überwiegend empirisch optimiert werden.
Durch die wachsende Rechenkapazität bieten numerische Simulationen zunehmend die Möglichkeit, komplexe Vorgänge wie das Schäumen von Polyurethan in geeigneter Weise abzubilden und vorherzusagen.
Im Rahmen dieser Arbeit wird das Expansionsverhalten von Polyurethanschaum auf unterschiedlichen Größenskalen untersucht. Bei den makroskopischen Formfüllsimulationen wird der Schaum als pseudohomogenes Fluid mit veränderlichen Stoffeigenschaften beschrieben. Dadurch können Fehlstellen im Bauteil vorhergesagt werden und die Analyse der Temperatur-, Druck- und Dichteverteilung im Bauteil gibt Hinweise zur Optimierung der Formfüllprozesse.
Zur Vorhersage von Schaumeigenschaften wie der Wärmeleitfähigkeit werden Informationen zur lokalen Schaumstruktur benötigt. Deshalb werden im Rahmen dieser Arbeit Simulationen auf der Blasenskala durchgeführt. Dabei wird das Blasenwachstum innerhalb eines repräsentativen Schaumvolumens unter Berücksichtigung der im Bauteil vorliegenden Strömungs- und Prozessbedingungen abgebildet. Außerdem werden Wechselwirkungen zwischen benachbarten Blasen berücksichtigt.
Durch die Simulationsansätze auf Mikro- und Makroskala ist es möglich, den Formfüllprozess mit Polyurethanschaum sowie die Ausbildung der lokalen Schaumstruktur vorherzusagen und zur Optimierung des Prozesses zu nutzen.
Schlagwörter: Polyurethanschaum; CFD; Volume of fluid
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