Thermische Modellbildung des schweißtechnischen Vorwärmens von Offshore-Stahlbaustrukturen
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Christian Herwerth
Dipl.-Ing. (FH) Christian Herwerth, M. Sc., arbeitete bereits während des Studiums an der Hochschule für angewandte Wissenschaften München bei Linde Engineering, Werk Schalchen als Computational Mechanics Engineer insbesondere an der Auslegung und Nachrechnung von Druckbehältern. Seit dem Wechsel zu Linde Technology, Unterschleißheim, im Jahr 2023 beschäftigt er sich im Rahmen seiner Dissertation mit der Thermoprozesstechnik. Betreut wird die Dissertation vom emeritierten Prof.
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Anna-Maria Klaudt
Anna-Maria Klaudt, M. Sc., leistete zum Abschluss ihres Studiums an der Technischen Universität München mit ihrer Masterarbeit einen substanziellen Beitrag zum Zustandekommen dieses Artikels.
Umfassende schweißtechnische Unterstützung und Zuarbeit wurde von Dipl.-Ing. Andreas Dörge (SFI) erbracht.
Betreut wird die Dissertation vom emeritierten Prof. Dr.-Ing. Herbert Pfeifer (RWTH Aachen, Institut für Industrieofenbau), der mit seiner Kursserie „Thermoprozess-Online“ maßgeblich zum Verständnis des komplexen Themenfeldes der Thermoprozesstechnik beigetragen hat.
Abstract
Vorgestellt wird in diesem Beitrag ein numerisches Modell inkl. experimenteller Kalibrierung zur thermischen Analyse von industriellen Wärmprozessen. Das Modell kann auf ähnliche Anwendungsfälle, Wärmtechnologien und Temperaturniveaus übertragen werden. Die Auswertung erfolgt durch Energiebilanzierung und zeigt, dass trotz signifikanter Abwärmeverluste ein guter Gesamtwirkungsgrad für atmosphärisch betriebene Thermoprozesse erzielt werden kann. Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung spielen eine untergeordnete Rolle. Folgeschritte können die Übertragung des Modells oder die Optimierung des Wärmprozesses sein.
Abstract
A model for the numerical description and thermal analysis of industrial heating processes, based on the Finite-Element-Method (FEM) is presented. The model is calibrated experimentally using a flame heating process before welding offshore monopile structures. The calibration and validation experiments, as well as the model itself can be applied to similar use cases, other heating technologies, and extended temperature levels. The results are evaluated by energy balancing to quantify the internal energy and heat losses. The analysis shows that despite hot flue gases, which are the most significant factor among the energetic losses, a good overall efficiency of the thermal process can be achieved. Heat conduction, convection, and radiation are significantly less relevant compared to the flue gas losses. Subsequent steps could include transferring the model or digitally optimizing the heating process.
Hinweis
Bei diesem Beitrag handelt es sich um einen von den Mitgliedern des ZWF-Advisory-Board wissenschaftlich begutachteten Fachaufsatz (Peer Review).
About the authors
Dipl.-Ing. (FH) Christian Herwerth, M. Sc., arbeitete bereits während des Studiums an der Hochschule für angewandte Wissenschaften München bei Linde Engineering, Werk Schalchen als Computational Mechanics Engineer insbesondere an der Auslegung und Nachrechnung von Druckbehältern. Seit dem Wechsel zu Linde Technology, Unterschleißheim, im Jahr 2023 beschäftigt er sich im Rahmen seiner Dissertation mit der Thermoprozesstechnik. Betreut wird die Dissertation vom emeritierten Prof.
Anna-Maria Klaudt, M. Sc., leistete zum Abschluss ihres Studiums an der Technischen Universität München mit ihrer Masterarbeit einen substanziellen Beitrag zum Zustandekommen dieses Artikels.
Umfassende schweißtechnische Unterstützung und Zuarbeit wurde von Dipl.-Ing. Andreas Dörge (SFI) erbracht.
Betreut wird die Dissertation vom emeritierten Prof. Dr.-Ing. Herbert Pfeifer (RWTH Aachen, Institut für Industrieofenbau), der mit seiner Kursserie „Thermoprozess-Online“ maßgeblich zum Verständnis des komplexen Themenfeldes der Thermoprozesstechnik beigetragen hat.
Literatur
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© 2024 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston
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