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Über dieses Buch

David Klemm untersucht das transiente thermische Verhalten einer Fahrzeugkabine. Relevante lokale Parameter modelliert der Autor mit dem Ansatz eines linearen, zeitinvarianten Systems und charakterisiert drei Lastfälle durch dreidimensionale transiente CFD-Simulationen. Mit diesen Parametern entwickelt er auf Basis eindimensionaler Übertragungsprozesse ein reduziertes Simulationsmodell und validiert es anhand dreidimensionaler CFD-Simulationen. Dieses Modell benötigt eine um den Faktor 105 reduzierte Rechenzeit im Bereich von Echtzeit.

Der Autor:

David Klemm hat mehrjährige Industrieerfahrung im Bereich der Strömungssimulation und der Auslegung von elektronischen Steuergeräten. Nach der Forschungstätigkeit am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK) der Universität Stuttgart beschäftigt er sich nun mit der Simulation in der Systementwicklung von Nutzfahrzeugen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Zusammenfassung
Dieses Zitat könnte als Leitmotiv für die vorliegende Arbeit an einem reduzierten Modell zur transienten thermischen Simulation einer Fahrzeugkabine verstanden werden. Berechnungsmodelle bewegen sich immer im Spannungsfeld zwischen einer möglichst guten Abbildung der physikalischen Prozesse, die sie beschreiben sollen, und dem dafür notwendigen Aufwand, der immer mit Kosten gleichzusetzen ist. Deshalb ist die Güte eines Modells vor allem daran zu messen, ob wirklich nur das berechnet wird, was der unmittelbaren Zielsetzung des Modells dient, und auf alles Übrige verzichtet wird.
David Klemm

Kapitel 2. Stand der Technik

Zusammenfassung
In diesem Kapitel soll ein Überblick gegeben werden über aktuell eingesetzte Methoden zur rechnergestützten Ermittlung des transienten thermischen Verhaltens einer Fahrzeugkabine. Dabei wird jeweils auf die spezifischen Eigenheiten der Methoden eingegangen, es werden ihre Vorteile und Einsatzgebiete aufgeführt und auch die Grenzen ihrer Anwendbarkeit angesprochen.
David Klemm

Kapitel 3. Grundlagen

Zusammenfassung
Im folgenden Kapitel werden die für diese Ausarbeitung relevanten Grundlagen behandelt. Neben den physikalischen Grundlagen in Abschnitt 3.1 und den numerischen Grundlagen in Abschnitt 3.2 wird in Abschnitt 3.3 ein kurzer Überblick über lineare Modellierung gegeben.
David Klemm

Kapitel 4. Modellbeschreibung

Zusammenfassung
Durch die Entwicklung eines reduzierten Simulationsmodelles wird eine Rechenzeitreduktion bei der Berechnung transienter Vorgänge in der Fahrzeugkabine im Vergleich zur 3D-CFD-Simulation angestrebt. Hierfür werden zunächst die Aufwände für die unterschiedlichen beteiligten Prozesse analysiert. Grundsätzlich besteht die vollständige Erfassung aller in Kapitel 3 beschriebenen thermischer Transportvorgänge in der numerischen Berechnung der Wärmeleitung in den beteiligten Festkörpern, der Wärmestrahlung zwischen zueinander angeordneten Oberflächen und des mit dem Massentransport einhergehenden thermischen Transportes bei der Konvektion.
David Klemm

Kapitel 5. Validierung

Zusammenfassung
Zur Validierung der in Kapitel 4 vorgestellten Modellierung des transienten thermischen Verhaltens einer Fahrzeugkabine werden in diesem Kapitel Ergebnisse für die unterschiedlichen Lastfälle betrachtet. Für die beiden Lastfälle „Heatup“ und „Cooldown“ wird jeweils ein transientes Szenario mit zeitlich variierenden Eingangsgrößen herangezogen. Schlussendlich wird dann im Abschnitt 5.4 ein kombinierter Lastfall definiert, ein transientes Szenario, bei dem die Eingangsparameter (und damit auch die Randbedingungen) im Zeitverlauf Werte aus den „Definitionsbereichen“ aller drei Lastfälle annehmen.
David Klemm

Kapitel 6. Schlussfolgerungen und Ausblick

Zusammenfassung
Schon in der Einleitung in Kapitel 1 wird die Relevanz der Möglichkeit zur frühzeitigen Bewertung des thermischen Verhaltens einer Fahrzeugkabine im Entwicklungsprozess deutlich, und der damit verbundenen Notwendigkeit der schnellen Berechnung transienter Vorgänge. Nach einem Überblick über verschiedene Methoden der Kabinenmodellierung und der numerischen Simulation in Kapitel 2 wurden in Kapitel 3 zunächst die physikalischen Grundlagen zur Beschreibung von Wärme- und Stofftransporten aufbereitet, bevor auf die numerischen Grundlagen zur Berechnung der eindimensionalen Wärmeleitung und die Modellierung mit der linearen Systemtheorie eingegangen wurde. In Kapitel 4 wurden dann sowohl die betrachteten Lastfälle beschrieben als auch die verschiedenen verwendeten Modelle detailliert dargestellt (3D-CFD, LTI- und die reduzierten Modelle in Matlab und GT-SUITE), mit den jeweiligen Annahmen und Eigenschaften.
David Klemm

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