No description available.

In this thesis, we consider two models from physics, which are characterized by the interplay of thermodynamical and fluid mechanical phenomena: demixing (spinodal decomposition) and Rayleigh--Bénard convection. In both models, we investigate the dependencies of certain intrinsic quantities on the system parameters. The first model describes a thermodynamically driven demixing process of a binary viscous fluid. During the evolution, the two components of the mixture separate into two domains of the different equilibrium volume fractions. One observes a clear tendency: Larger domains grow at the expense of smaller ones, and thus, the average domain sizes increases --- a phenomenon called coarsening. It turns out that two mechanisms are relevant for the coarsening process. At an early stage of the evolution, material transport is essentially mediated by diffusion; at a later stage, when the typical domain size exceeds a certain value, due to the viscosity of the mixture, a fluid flow sets in and becomes the relevant transport mechanism. In both regimes, the growth rates of the typical domain size obey certain power laws. In this thesis, we rigorously establish one-sided bounds on these growth rates via a priori estimates. The second model, Rayleigh--Bénard convection, describes the behavior of a fluid between two rigid horizontal plates that is heated from below and cooled from above. There are two competing heat transfer mechanisms in the system: On the one hand, thermodynamics favors a state in which temperature variations are locally minimized. Thus, in our model, the thermodynamical equilibrium state is realized by a temperature with a linearly decreasing profile, corresponding to pure conduction. On the other hand, due to differences in the densities of hot and cold fluid parcels, buoyancy forces act on the fluid. This results in an upward motion of hot parcels and a downward motion of cold parcels. We study the dependence of the average upward heat flux, measured in the so-called Nusselt number, on the temperature forcing encoded by the container height. It turns out that the efficiency of the heat transport is independent of the height of the container, and thus, the Nusselt number is a constant function of height. Using a priori estimates, we prove an upper bound on the Nusselt number that displays this dependency --- up to logarithmic errors. Further investigations on the flow pattern in Rayleigh--Bénard convection show a clear separation of length scales: Along the horizontal top and bottom plates one observes thin boundary layers in which heat is essentially conducted, whereas the large bulk is characterized by a convective heat flow. We give first rigorous results in favor of linear temperature profiles in the boundary layers, which indicate that heat is indeed essentially conducted close to the boundaries.

In dieser Arbeit werden neuartige Flachrohre für die Verwendung als Rückwandverflüssiger in der Haushaltskältetechnik mit numerischen und dynamischen Simulationen sowie Experimenten untersucht. Dabei kommen unterschiedliche überströmte Längen sowie der Einfluss horizontaler Abstände auf den Wärmeübergang durch freie Konvektion zur Betrachtung. Realisiert wird die numerische Strömungssimulation mit der Software Fluent 3.6.26, wobei das RNG-k-epsilon- als Turbulenzmodell und diskrete Ordinaten zur zusätzlichen Modellierung des Strahlungswärmeübergangs verwendet werden. Zur Verifizierung werden experimentelle Untersuchungen mit natürlicher Konvektion durchgeführt. Ebenso kommt ein kompakter Verflüssiger bei erzwungener Konvektion zur experimentellen Analyse. Mit einem neuen Verflüssigermodell wird außerdem ein Haushaltskühlschrank in Modelica 2.2.1 dynamisch simuliert. Diese Arbeit zeigt, dass die Verwendung eines Flachrohrverflüssigers großes Potenzial einer konkurrenzfähigen Alternative zu konventionellen Verflüssigern besitzt. / In this work novel flat tubes used as rear panel condensers in the household refrigeration technology are examined with numerical and dynamic simulations as well as experiments. Therefore different overflowed lengths and the influence of horizontal spacing on the heat transfer by free convection are taken into consideration. The CFD calculations are realized with the software Fluent 3.6.26, where the RNG-k-epsilon turbulence model and discrete ordinates for an additional modelling of radiation heat transfer are applied. For the verification, experimental studies with natural convection are carried out. Likewise, a compact condenser is experimentally analysed in forced convection. With a new model for the liquefier a domestic refrigerator is also dynamically simulated in Modelica 2.2.1. This work shows that the use of a flat tube condenser has a great potential of a competitive alternative to conventional liquefiers.

Absolicon Solar Collector AB in Härnösand, Sweden, develops concentrating solar collectors with a parabolic trough. In the solar collector trough, there is thermal loss due to convection. A convection suppressor was made and used as a method to reduce thermal loss due to convection in the trough. The objective of the project was to evaluate the convection suppressor for solar collectors with a parabolic trough and its impact on the performance (thermal loss characteristics) in two different orientations of the trough, horizontal and inclined. The performance of the solar collector was first measured without the convection suppressor; these results were compared to two previous quasi-dynamical tests of the solar collector performance made by two different institutes, Research Institute of Sweden and SPF Institut für Solartechnik (Switzerland). The comparison was made to validate the test results from the tests without the convection suppressor, which matched. Secondly, when the convection suppressor was made and tested in the two different orientations, the results of the performance with and without the convection suppressor was evaluated as well as the convection suppressor itself. The results showed a significant improvement of the solar collector performance in the aspect of reduced thermal loss when the convection suppressor was used, hence higher efficiency. / Absolicon Solar Collector AB I Härnösand, Sverige, utvecklar koncentrerande solfångare med ett paraboliskt tråg. I solfångarens tråg uppstår termiska förluster som en följd av konvektion. En konvektionsreducerare tillverkades och användes som metod för att minska de termiska förlusterna i tråget. Målet med projektet var att testa och utvärdera konvektionsreduceraren för koncentrerande solfångare med ett paraboliskt tråg samt dess inverkan på verkningsgraden i två olika positioner för tråget, horisontell och lutande. För att kunna mäta konvektionsreducerarens inverkan på solfångaren mättes först solfångarens prestanda utan konvektionsreduceraren i de två olika positionerna, detta resultat användes som referens efter validering. Valideringen gjordes genom att resultatet jämfördes sedan med två andra prestandamätningar (quasi-dynamical test) av solfångaren gjorda av två olika institut, Research Institute of Sweden och SPF Institut für Solartechnik (Schweiz). Därefter, när konvektionsreduceraren var tillverkat och testad i de olika positionerna på samma sätt som mätningarna utan konvektionsreducerare, jämfördes resultaten med och utan konvektionsreducerareet samt att en utvärdering gjordes av dess inverkan. Resultatet visade en signifikant förbättring av solfångarens prestanda i form av minskade termiska förluster när konvektionsreduceraren användes och därav ökad verkningsgrad.

Mögelpåväxt orsakat av fuktproblem är vanligt förekommande på kallvindar i det svenska småhusbeståndet. Enligt en rapport från Boverket har var femte småhus en fuktskada på vinden orsakad av hög relativ fuktighet. Statistik från samma rapport visar att äldre hus med självdragsventilation är drabbade i större utsträckning. Luftläckage av fuktig inomhusluft till vind uppges vara en orsak bakom förhöjd luftfuktighet. Äldre hus är oftast inte lika lufttäta som moderna vilket gör dessa kallvindar mer utsatta. Att tilläggsisolera yttertaket utifrån har visat sig vara en åtgärd som sänker den relativa fuktigheten på kallvindar. Detta brukar kallas för att bygga om kallvinden till en klimatvind.   Denna studie baserar sig på en klimatvind på ett äldre småhus beläget i Skellefteå kommun. Den tidigare kallvinden var drabbad av fuktskador och byggdes därför om till en klimatvind 2014. Sedan dess har ingen utvärdering gjorts om detta är tillräckligt för att fuktsäkra vinden. Syftet med denna studie är därför att ta reda på om klimatvinden på detta hus är fuktsäker till följd av ombyggnaden. Resultatet kommer att användas som ett underlag för att besluta om fler åtgärder är nödvändiga för att fuktsäkra vinden.   För att bedöma fuktsäkerheten har mätningar av temperatur och relativ fuktighet på klimatvinden utförts. Under samma period utfördes även likadana mätningar på en traditionellt uppbyggd kallvind belägen 150 meter från klimatvinden. Genom att jämföra mätresultat mellan dessa vindar kan slutsatser om den utvändiga isoleringens effekt på vindsklimatet göras.   Resultatet av klimatmätningarna visar att den relativa fuktigheten på klimatvinden har legat långt under kritisk nivå för mögeltillväxt. Under samma mätperiod har relativ fuktighet på referensvinden varit i närheten av kritiska nivåer. Klimatvinden har i jämförelse med referensvinden ett varmare och torrare klimat och påverkas inte i lika stor utsträckning av svängningarna i utomhusklimatet. Slutsatsen är att klimatvinden anses vara fuktsäker under mätperioden. Rekommendationen är att fortsätta med klimatmätningar under en helårsperiod för att kunna bedöma fuktsäkerheten ur ett helårsperspektiv. / Mold growth caused by moisture are common in cold attics in small houses in Sweden. According to a report from the National Board of Housing - Boverket, a fifth of all attics in small houses in sweden has moisture problems caused by increased levels of relative humidity. Statistics from the same report show that older houses with natural draft ventilation are affected to a greater extent. Air leakage of damp indoor air into the attic space is said to be one cause of increased humidity. The construction of older houses are usually not as airtight compared to modern houses. This makes the attics in old houses more vulnerable to this problem. Additionally insulation with eps insulation at the outside of the roof has been shown to reduce the relative humidity in cold attics. This report refers to attics with this type of construction as a ”climate attic”   This study is based on a climate attic of a older house located in Skellefteå municipality. The former cold attic had mold problems caused by moisture and was therefore converted to a climate attic in 2014. Since then, no evaluation has been made of the moisture saftey in this climate attic. The purpose of this study is therefore to find out if the climate attic in this house is moisture safe due to the conversion. The results will be used to determining whether more actions are necessary to make the attic moisture safe.   In order to evaluate the moisture safety in the climate attic, measurements of temperature and relative humidity has been made. During the same period measurements were made in a traditionally cold attic. By comparing measurement results between those attics conclusions of the effect from the external isolation can be made. The results from the measurements made in the climate attic shows that the relative humidity has been far below critical levels for mold growth. During the same period the relative humidity in the traditional cold attic has been close to critical levels. In comparison with the traditionally cold attic, the climate attic has a warmer and drier climate and is not affected to the same extent by the fluctuations in the outdoor climate. The conclusion is that the climate attic are considered to be moistureproof during the time measurement was made. The recommendation is to continue with climate measurements over a full-year period to assess moisture safety from a full-year perspective. / <p>Kull H14</p>

In the last 100 years, a rise in the global mean temperature has been noted, and projections show even higher temperatures in the future. The temperature rise can lead to changes in the weather patterns and therefore the thunderstorm activity in a future warmer climate has been investigated in this study. The future projections were made with an ensemble of 8 General Circulation Models downscaled with the regional climate model RCA4, developed at SMHI. Temperature and humidity data at four different levels in the atmosphere has been used to compute three different stability indices. Stability indices indicate potential for deep convection in the atmosphere, from which thunderstorms are developed. It was found that the projections show an increase in thunderstorm potential in a warmer future climate. In Sweden, the projections show an increase with about 15 more days with risk of thunderstorms at the end of the 21st century for the RCP4.5 scenario, corresponding to an increase of 40% in the south, and an even larger increase in the north. For the RCP 8.5 scenario, the projected change in days with risk of thunderstorms corresponds to an increase about 20 days, or about 60% more thunderstorm days in south of Sweden. In other parts of Europe, the increase is expected to be even larger, mainly in the mountain regions. It was also found that the thunderstorm season is projected to be extended in the future, with more days with risk of thunder in May and September. The increase in number of days with risk of thunderstorms is a result of the greater amount of water vapour that the atmosphere is able to hold in a warmer climate. Even if thunderstorms are projected to increase, other factors counteract, such as a decrease in the vertical temperature gradient and a decrease in the difference between moisture in the upper and the middle atmosphere. Yet, taken together the days with risk of thunderstorms are projected to become more frequent. / Under de senaste hundra åren har medeltemperaturen på jorden ökat med cirka 1°C, vilket har medfört förändringar i klimatet. Temperaturen kommer att fortsätta stiga på grund av den redan förhöjda halten växthusgaser i atmosfären, och om växthusgaser fortsätter släppas ut kan det förväntas bli ännu varmare. I och med att temperaturen fortsätter stiga är det mycket som pekar på att vädret i allmänhet kommer förändras, som till exempel förändrat mönster i åskoväder. I denna studie har risken för åska i ett framtida klimat studerats. Åska och konvektion bildas framförallt på grund av tre komponenter: instabilitet i atmosfären, fuktigheten i luften och en mekanism som får luften att lyftas från marken. En instabil luftmassa fås framförallt en varm sommardag när solen värmer marken, vilket medför att luften vid marken blir betydligt varmare än luften ovanför. Den andra faktorn är beroende av fuktigheten i luften, om luften är tillräckligt fuktig finns risk att större åskmoln kan bildas. De första två faktorerna kan beskrivas med vad som kallas stabilitetsindex. I denna studie beräknades risken för djup konvektion med hjälp utav stabilitetsindex. Temperatur-och fuktighetsdata från den regionala klimatmodellen RCA4, framställd på SMHI, användes för att beräkna dessa stabilitetsindex. Studien visar på att dagar med risk för åska förväntas öka i slutet av detta seklet med omkring 10-15 dagar per år över Sverige, med ännu fler dagar med risk för åska i södra Europa. En förhöjd åskrisk kan även förväntas vid bergskedjor så som svenska fjällen och Alperna. Den främsta anledningen till att åska förväntas bli vanligare är till följd av att temperaturstigningen möjliggör högre halt vattenånga i atmosfären, och därmed kommer fuktigheten i luften att öka. En längre åsksäsong har även noteras, med tidigare start i maj, och även förlängd i september.

Mit Hilfe von experimentellen Untersuchungen wird nachgewiesen, daß sich die nutzerseitig abgegebene Wärmestromdichte des außenwandnahen Fußbodenbereiches nicht allein über die Differenz zwischen der Heizflächen- und Raumtemperatur beschreiben läßt. Die Ableitung verallgemeinerbarer Berechnungsansätze ist Schwerpunkt der Arbeit. Die experimentellen Untersuchungen erfolgen in einem Modellraum in Originalgröße. Meßtechnisch erfaßt werden die Oberflächentemperaturen, die Lufttemperaturverteilung, die Luftgeschwindigkeitsverteilung und die örtliche Gesamtwärmestromdichte der beheizten Fußbodenbereiche. Der konvektive Wärmeübergang wird maßgeblich von der über dem Fußboden umgelenkten Falluftströmung an der Außenwand beeinflußt. Zur Berechnung der örtlichen Maximalgeschwindigkeiten wird ein einfacher Berechnungsansatz entwickelt. Mit Hilfe numerischer Untersuchungen erfolgt ein Vergleich verschiedener Heizsysteme hinsichtlich der Empfindungstemperaturverteilung.

Zusammenfassung Herr Merz: - Auf Basis von gerechneten Stützstellen können beliebige Flachzapfengeometrien innerhalb des Stützbereichs über den Ansatz {Durchmesser^3} umgerechnet werden. - Einfaches und schnelles Programm zur Bestimmung der Vergleichsspannung im Übergang vom Flachzapfenquerschnitt auf Rundquerschnitt - Ergebnisse stimmen sehr gut mit FE-Analysen überein. Zusammenfassung Herr Münker: Ausgehend von einem 2D-FEM-Modell werden mit dem FEM-Programm MSC.Marc der Wärmeeintrag in eine Rolle sowie die transienten Temperatur- und Spannungsfelder berechnet. Anschließend werden vergleichende 2D-FEM-Berechnungen mit den Programmen Mechanica Thermal und Structure durchgeführt. Die Erweiterung auf 3D-FEM-Berechnungen und die Ermittlung der Wärmespannungen in der Rolle schließen den Vortrag ab.

Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte der Aufbau eines neuartigen Versuchsstandes zum praxisnahen Test von Wandaufbauten (VS-WA; Probendimension: 1,9 m x 1,9 m x 0,5 m). Mit dem VS sind praxisnahe Untersuchungen von Dämm- und Dichtstoffen sowie Wandsegmentmaterialien thermischer Energiespeicher in einer Einheit durchführbar. Aufgrund der drehbaren Lagerung des VS ist es möglich, vertikale (Wandbereich) und horizontale (Deckenbereich) Aufbauten zu untersuchen. Mit dem VS erfolgt eine experimentelle Bestimmung von effektiven Wärmeleitfähigkeiten zweier aussichtsreicher Wärmedämmstoffe (Polyurethan-Granulat und expandierte Polystyrol-Partikel). Die Untersuchungsergebnisse zeigen für den vertikalen Betrieb des VS eine erhöhte effektive Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu den Stoffwerten der Hersteller. Der Grund hierfür ist, basierend auf der Auswertung von Temperaturprofilen, ein signifikanter Anteil an freier Konvektion. Dies ist trotz niedriger Permeabilitäten der untersuchten Schüttgüter und demnach entgegen dem aktuellen Stand der Wissenschaft der Fall. Ohne den neuen VS mit den hier realisierten Maßen, wären diese Effekte nicht messbar gewesen (z. B. bei Untersuchungen mit Ein- oder Zwei-Platten-Apparaturen). Die Ergebnisse können dazu beitragen, erhöhte Wärmeverluste an realen Bauwerken zu erklären und zu vermeiden. / Within the context of this thesis, a new test rig for the practical testing of wall structures (VS-WA; sample size: 1.9 m x 1.9 m x 0.5 m) was set up. With the test rig, practical investigations of insulating and sealing materials as well as wall segment materials of thermal energy stores are possible in one unit. Since the test rig is pivoted it is also possible to examine vertical (wall area) and horizontal (ceiling area) structures. The present thesis deals with the experimental determination of the effective thermal conductivity of two promising thermal insulation materials (polyurethane granulate and expanded polystyrene particles). The test results show an increased effective thermal conductivity for the vertical orientation of the VS-WA compared to the material properties given by the manufacturers. The reason for this is, based on the evaluation of temperature profiles, a significant portion of free convection. This is the case despite low permeabilities of the bulk materials investigated and thus contrary to the current state of scientific knowledge. Without the new test rig with the dimensions realized here, the discovered effects could not have been observed (e.g. investigations with one- or two-plate apparatuses). The results can contribute to explain and avoid increased heat losses in real building structures.

Dropwise condensation, which collects the condensate liquid in the form of droplets, has attracted a growing interest due to much higher heat transfer coefficient. One important and challenging issue in dropwise condensation is the presence of non-condensable gas (NCG) which drastically reduces its heat transfer performance. Concerning the mechanism understanding, this thesis is aiming to investigate dropwise condensation in case of NCG by combing different methods. Firstly, convective dropwise condensation out of moist air is experimentally investigated under controllable conditions. In modeling, some crucial aspects are reasonably captured: the coupled heat and mass transfer during droplet growth by a multi-scale droplet growth model; the inter-droplet interaction defined by a distributed point sink method; the enhancement of the convective mass transfer using the droplet Sherwood number. Furthermore, a multi-component multi-phase thermal pseudopotential-based LB model is developed to advance the directly numerical simulation of dropwise condensation.