Die Trocknung stellt neben Einflussgrößen wie den Applizierverfahren und den Substrateigen- schaften einen der wichtigsten Einflussparameter im Prozess der Oberflächenstrukturierung dünner Polymerfilme dar. Ziel ist es unterschiedliche Materialien gezielt homogen, definiert und im besten Falle programmatisch trocknen zu können.
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Eine sehr vielversprechende Möglichkeit diese Anforderungen zu erfüllen stellt die Verwendung von Prallstrahltrocknern dar. Diese sind bekanntermaßen in der Lage konvektiv getriebene Prozesse zu forcieren, doch führen sie auch zu einer stark inhomogenen Verteilung im Feld der Transportkoeffizienten. Aus diesem Grund werden Prall-strahlen in Feldern angeordnet. Dies mindert zwar den Effekt des punktuellen Anfachens, doch bringt dies Interaktionseffekte benachbarter Strahlen mit sich. Diese gilt es unter dem Gesichtspunkt der Homogenität zu minimieren. |
Das Ziel des aktuellen Forschungsvorhabens ist es ein Feld aus Prallstrahlen derart zu konfigurieren, dass sich an der Prallplatte eine möglichst homogene Verteilung der Übergangskoeffizienten einstellt. Die zu betrachtenden Parameter sind das Design der Düsenplatte und der Abstand zwischen Düsen-und Prallplatte. Um den gegenseitigen Effekt der Strahlen zu minimieren sind in der Düsenplatte Effusionslöcher vorgesehen über die das eingedüste Fluid abtransportiert werden kann.
Zur Abschätzung und Analyse des Einflusses der Parameter findet unter Verwendung des kommerziellen CFD-Solvers ANSYS FLUENT eine Vorauslegung des Systems statt (s. Abb. 2). Die hieraus hervorgehenden Konfigurationen werden mittels einer transienten Messmethode analysiert. Diese Messmethode basiert auf der Verwendung von thermochromatischen Flüssigkristallen (TLCs) zur Indikation der Oberflächentemperatur an der Prallplatte (s. Abb. 3). Ausgehend von den Ober-flächentemperaturen ist es unter Annahme einer semi-infiniten Randbedingung analytisch möglich die herrschenden Wärmeübergangskoeffizient zu bestimmen.
Abbildung 2 Lokale Verteilung der Nusselt Zahl an der Prallplatte
Verteilung des Wärmeübergangskoeffizienten an der Prallplatte