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Naphthalin Messverfahren Kühlfilmeffektivität und ihre Messung Naphthalin ist ein sublimierender Stoff, der seinen Aggregatzustand direkt von kristallin in gasförmig ändert. Bei den Sublimationsmethoden, zu denen auch das Naphthalin Verfahren zählt, erlaubt die Stärke der sublimierten kristallinen Schicht direkte Rückschlüsse auf den örtlichen Wärmeübergang. Im Messverfahren wird ein Sublimat möglichst gleichmäßig auf die Modelloberfläche aufgetragen. Da sich die sublimierte Schichtdicke äquivalent zum Wärmeübergang verhält, ist eine genaue Ermittlung der Schichtdicke vor und nach dem Versuch von Nöten. Neben Naphthalin sind auch Eis, Jod, Kampfer oder Thymol gängige, verwendete sublimie- rende Stoffe. In der Regel werden aber Stoffe verwendet, die bei Raumtemperatur im kristallinen Zustand vorliegen. Ziel des Verfahrens ist die Ermittlung des lokalen Stoffübergangskoeffizienten β, welcher in proportionalem Zusammenhang mit dem Wärmeübergangskoeffizienten α steht. Eine genaue Beschreibung und Formelherleitungen sind in den Quellen [4][5][6] zu finden. Neben der guten Auflösung der örtlichen Wärmeübergangszahlen, kämpft das Messverfah- ren jedoch mit einigen Problemen. Es muss ist die Herstellung einer homogenen Schichtdi- cke auf dem Modell zu gewährleistet werden. Hinzu kommt, dass Gebiete mit hohen Gra- dienten der Stoffübergangszahlen zu Oberflächendeformationen führen und somit Grenz- schichtstörungen auslösen. Auch eine online Messung ist mit den Sublimationsmethoden nicht möglich, da die Schichtdickenveränderung dabei ebenfalls online überwacht werden müsste. 41
Kühlfilmeffektivität und ihre Messung 3.4 TLC- Folien als direktes Messverfahren TLC Applikationen Wie bereits in den Grundlagen beschrieben, sind Flüssigkristalle sehr flüchtige Stoffe unter atmosphärischen Bedingungen. Sie verflüchtigen sich innerhalb weniger Stunden bis Tagen. Um sie dennoch für Messungen einsetzen zu können, sind vor allem zwei Verfahren ge- bräuchlich. 1. Einkapselung: Die reinen Flüssigkristallpartikel werden in ein Polymer einge- schlossen. Resultat ist ein kugelartiges Gebilde, das wenige µm bin wenige mm groß sein kann. Der reaktive Flüssigkristall ist von der Atmosphäre abgeschlossen und kann auch in Farben gemischt werden. 2. Foliengebrauch: Hierbei werden die TLC’s auf eine durchsichtige Folie appliziert und von der hinteren Seite mit einer schwarzen Schutzschicht von der Umgebung getrennt. Folien dieser Art werden weitaus häufiger eingesetzt. Die bei den Versuchen eingesetzten Folien setzten sich im Wesentlichen aus drei Schichten zusammen (Abb. 7.9). Im nicht reaktiven Zustand, außerhalb der ersten Farbreaktionstempe- ratur, sind die Flüssigkristalle farblos. Die Folie erscheint durch die schwarze Hintergrund- schicht ebenfalls schwarz und leicht glänzend. In dieser Anwendung müssen Flüssigkristalle auf einer schwarzen Schicht aufgetragen werden, um Lichtreflexionen so gering wie möglich zu halten. Die zweite Grenzschicht ist häufig eine transparente Polymerschicht, welche die Flüssigkristalle von äußeren Einflüssen wie Schmutz, aber auch UV-Licht schützt. Um Fehlerquellen im Versuch zu reduzieren, sollte auf einige typische Parameter der Folien geachtet werden und der gesamte Versuchsaufbau gegebenenfalls angepasst werden. Eigenschaften: � Folien besitzen unterschiedliche Starttemperaturen und Bandbreiten, das um- strömende Medium muss entsprechend konditioniert werden � Das Temperaturarbeitsfenster der TLC’s ist im bisher kommerziell erhältlichen Bereich auf etwa -20-80°C begrenzt � Polymere besitzen keine hohe chemische Resistenz, ätzende Medien oder ähnliches wirken zerstörend � Reinigung der Folien ist möglich, kann bei Benutzung zu grober Fasermateria- lien zu starken Verkratzungen der Oberfläche führen und damit die Bildqualität verschlechtern 42
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