LPT-pre-2009-02 [BibTeX]
Maka Karalashvili, Adel Mhamdi, Wolfgang Marquardt:
Inkrementelle Identifikation von Transportprozessen im Rieselfilm
Jahrestreffen der ProcessNet-Fachausschüsse Mehrphasenströmungen und Wärme- und Stoffübertragung, Bad Dürkheim, 03-05.03.2009
Abstract:
Die Dynamik und Struktur der in Rieselfilmen entstehenden Wellen wird seit Jahren intensiv untersucht, da diese eine entscheidende Rolle bei der Intensivierung von Wärme- und Stofftransport im abfließenden Film spielen. Die hohe Komplexität der welligen Filmströmung macht das direkte numerische Lösen des detaillierten Strömungsmodells fast unmöglich. Daher ist ein reduziertes Strömungsmodell erforderlich, das die Transportvorgänge im Film möglichst genau beschreibt. Diese reduzierten Modelle gehen von einem glatten Film aus und führen sogenannte effektiven Transportkoeffizienten ein, um den strömungsbedingten Transport im welligen Film näherungsweise zu erfassen. Für diese Transportkoeffizienten muss ein Transportmodell entwickelt werden, welches den Wärme- und Stofftransport möglichst genau abbildet und vor allem einen möglichst breiten Einsatzbereich aufweist. Ein solches Transportmodell zur Beschreibung dieser Transportvorgänge ist bis heute nicht verfügbar obwohl sie eine Grundlage zur präzisen Auslegung von Filmapparaten ab bildet.
Bei der Identifikation eines solchen Transportmodells aus entsprechenden Transportgleichungen in drei Ortsdimensionen handelt es sich um ein komplexes, nichtlineares, dynamisches inverses Transportproblem. Die direkte Lösung dieses ohnehin komplizierten Problems wird erschwert, weil verschiedene Ansätze und Theorien bekannt sind, die auf verschiedene Kandidaten für geeignete Modellstrukturen für den Transportkoeffizienten führen. Dementsprechend, müssen die Probleme für jeden möglichen Modellkandidaten nacheinander gelöst werden, um die beste Modellstruktur zu finden. Darüber hinaus liefert die direkte Lösung des Identifikationsproblems nur dann zufriedenstellende Ergebnisse, wenn die Modellstruktur a-priori bekannt ist. Dies ist aber, insbesondere für die Filmströmung, wegen des fehlenden physikalischen Verständnisses, nicht der Fall.
Die inkrementelle Identifikationsmethode, die in diesem Beitrag für die Klasse der inversen Transportprobleme angegangen wird, bietet eine neue, effiziente Zerlegung dieses schwierigen Identifikationsproblems im Rahmen des Arbeitsprozesses der Modellgestützten Experimentellen Analyse in einfachere Teilprobleme, wodurch die Identifikation des Transportmodells (Struktur und Parameter) transparenter und rechentechnisch handhabbar wird. Die Methode wird anhand der Identifikation effektiver Stofftransportkoeffizienten für einen Rieselfilm illustriert.
Keywords:
Rieselfilm, Modell Identifikation, Auslegungsmodell