Verbesserte Kühlflüssigkeiten für Flugzeuge
Kapillare gepumpte Schleifen (CPL) sind Zwei-Phasen-Wärmemanagementsysteme. Sie nutzen kapillare Oberflächenspannung, um ein Kühlfluid zwischen einem Verdampfer und einem Kondensator zu zirkulieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Wärmerohren trennen CPL Flüssigkeit und Dampfstrom - daher die zwei Phasen. Konventionelle Flüssigkeiten sind mit allen bestehenden Luftfahrtanforderungen nur teilweise kompatibel und erfüllen viele Umweltziele nicht. Eine neue Flüssigkeit wird benötigt. Das EU-finanziert Projekt DIPHASICFLUID (Identification of a fluid for two phase capillary pumped cooling systems) nahm sich der Suche nach einer Lösung an. Die Flüssigkeit muss eine Vielzahl von unterschiedlichen Parametern wie beispielsweise Wärmeübertragungsfähigkeit, Viskosität, Dichte und Betriebstemperatur optimieren. Computer sind gut geeignet für eine solche Aufgabe und die Wissenschaftler verwendeten Reverse Engineering, um Kandidatenmoleküle und Mischungen auf der Grundlage vordefinierter Leistungsanforderungen zu identifizieren. Die Forscher entwickelten eine mathematische Zielfunktion auf Basis der gewichteten Beiträge der Zieleigenschaften entsprechend ihrer Bedeutung. Durch die Einbeziehung der Wirkungen chemischer Parameter für jede Eigenschaft der Leistungsfunktion konnten die Forscher verschiedene ideale Mixturen von Kandidatenfluiden identifizieren. Das Team suchte sowohl bottom-up als auch top-down nach neuen Kandidaten. Der Bottom-up-Algorithmus konzentrierte sich auf erneuerbare Materialien mit machbaren chemischen Synthesewegen. Das Top-down-Computer-Tool verwendete Schätzmethoden, um neue reine Verbindungen und Mischungen zu untersuchen. Basierend auf mit jedem Verfahren identifizierten chemischen Fragmenten wurden Kandidatenfluide konstruiert und verglichen, was die Identifizierung von ähnlichen Molekülen ermöglichte. Zur Eingrenzung der Kandidatenliste aktualisierten die Forscher die Leistungsfunktion der einzelnen Kandidaten durch die Verfeinerung der Eigenschaftswerte, entweder indem sie sie aus Datenbanken extrahierten oder indem sie sie mit First-Principle-Methoden vorhersagten. Experimentelle Arbeit führten zur Identifizierung von mehreren Kühlflüssigkeiten, die sich für Wärmemanagementsysteme von Flugzeugen eignen. In diesen Mischungen können die Eigenschaften einer Verbindung Eigenschaftswerte kompensieren, die außer Reichweiter einer anderen Verbindung liegen. Verbesserte Kühlflüssigkeiten mit geringerer Umweltbelastung werden einen wichtigen Beitrag zu Nachhaltigkeit und Wettbewerbsposition der EU-Luft- und Raumfahrtindustrie darstellen. Außerdem werden sie wichtige Vorteile für Gesundheit und Sicherheit des Personals bringen. Die Ergebnisse von DIPHASICFLUID nutzen die Kraft von Computern, um für eine optimierte Lösung die gewünschte Leistung schnell den chemischen Eigenschaften zuzuordnen.
Schlüsselbegriffe
Kühlflüssigkeiten, Flugzeuge, Wärmemanagement, kapillare gepumpt Schleifen, DIPHASICFLUID
