Bachelorarbeit Tobias Burgholz

 

Untersuchung des Einflusses der Personenanströmergeometrie auf das Strömungsfeld und den thermischen Komfort in Fahrzeugkabinen

Ein wesentliches Ziel der Fahrzeugklimatisierung ist die Bereitstellung einer für die Passagiere komfortablen und ihre Konzentrationsfähigkeit nicht beeinträchtigenden Umgebung im Fahrgastraum. Die thermische Behaglichkeit der Passagiere ist dabei stark abhängig von der lokalen Temperaturund Geschwindigkeitsverteilung in der Kabine. Konditionierte Luft wird durch verschiedene Auslässe in den Fahrgastraum eingebracht. Ein zentrales Element zur Lufteinbringung in die Fahrzeugkabine sind die zumeist imArmaturenbrett eingebetteten Personenanströmer. Bei herkömmlichen Personenanströmern treten die maximalen Luftgeschwindigkeiten, die maßgeblich für Zuglufterscheinungen verantwortlich sind, in unmittelbarer Passagiernähe auf. Um bei gleichbleibendem Volumenstrom die lokalen Luftgeschwindigkeiten und damit das Zugluftrisiko zu reduzieren, muss die Strömungsstruktur beeinflusst werden. Ein in diesem Zusammenhang vielversprechendes Konzept ist das Aufprägen von Drall.
In dieser experimentellen Arbeit werden ein konventioneller und ein Drall aufprägender Anströmer verglichen. Neben stationärer Lüftung und Klimatisierung der Fahrzeugkabine wird auch das instationäre Aufheiz- und Abkühlverhalten untersucht. Es wird geprüft, inwieweit die lokalen Luftgeschwindigkeiten von Art und Ausrichtung der Anströmer abhängen. Insbesondere wird der Frage nachgegangen, wie schnell mit Drall-Anströmern in einem instationären Klimatisierungsszenario trotz potentiell geringerer Luftgeschwindigkeiten ein für die Passagiere behaglicher Zustand bereitgestellt werden kann. Gegenstand weiterer Versuche ist das Einsparpotential von Ventilatorleistung und verringerte Geräuschentwicklung durch den Einsatz von im Fahrzeug installierten Strahlungsflächen oder die selektive Klimatisierung nur tatsächlich besetzter Sitze. Im Rahmen von Probandenversuchen werden das Innenraumklima bewertet und die bisherigen Ergebnisse validiert.
Die Ergebnisse zeigen, dass durch Drall aufprägende Anströmer lokale Luftgeschwindigkeiten und Zugluftrisiko insbesondere in Kopf- und Brusthöhe deutlich reduziert werden können. Der Zusammenhang zwischen Anströmerausrichtung und lokaler Geschwindigkeitsverteilung ist weniger ausgeprägt, weshalb sich über die Höhe der Kabine eine homogenere Geschwindigkeits- und Temperaturverteilung einstellt. Wird die fahrzeugeigene Klimaanlage durch Strahlungsflächen erweitert oder nur einzelne Sitze klimatisiert, können dieselben lokalen Luftgeschwindigkeiten schon bei geringeren Volumenströmen erreicht werden. Dadurch ergeben sich ein signifikantes Einsparpotential von Ventilatorleistung und geringere Geräuschentwicklung. Die Befragung der Probanden zeigt großen Zuspruch für Personenanströmer mit verringertem Zugluftrisiko und eine gesteigerte Zufriedenheit durch den Einsatz von Strahlungsflächen.