Analyse von Spannungen in einem metallischen P-Strahlheizrohr mittels Fluid-Struktur-Interaktion

Industrieofenanlagen sind abhängig von ihrem Einsatzgebiet unterschiedlichen thermischen Belastungen ausgesetzt. Anlagen zur Wärmebehandlung von Aluminium werden z. B. im Temperaturbereich von 150 bis 600 °C betrieben. In den Anlagen der Stahlindustrie werden vielfach Guttemperaturen von über 1000 °C benötigt, wohingegen in der keramischen Industrie Temperaturen um 1300 °C keine Seltenheit sind. Aus diesen unterschiedlichen Anwendungstemperaturen resultieren hohe Anforderungen an die eingesetzten Werkstoffe, da bei hohen Einsatztemperaturen die Korrosionsbeständigkeit sowie die mechanischen Festigkeitswerte stark abnehmen. Allerdings stellt nicht nur die mittlere Anwendungstemperatur des Ofens ein Problem für die Haltbarkeit der Ofenkonstruktion oder einzelner Ofenkomponenten dar, sondern vor allem die lokalen Temperaturspitzen und die Temperaturgradienten in den Komponenten des Industrieofens. Besonders belastet sind hierbei Strahlheizrohre. Das Ziel dieser Arbeit ist daher die Entwicklung eines numerischen Modells, welches eine ganzheitliche Betrachtung der ablaufenden Prozesse am Strahlheizrohr unter Berücksichtigung der thermofluiddynamischen sowie der mechanischen Einflussgrößen bietet. Mit Hilfe dieses Modells können die am Strahlheizrohr auftretenden Spannungen hinsichtlich ihrer Höhe, der Entstehungsursachen sowie ihrer Zusammensetzung erforscht werden. Da hochbelastete, kritische Positionen hiermit frühzeitig identifiziert werden, kann schon im Rahmen der Auslegung einer strahlrohrbeheizten Thermoprozessanlage eine Optimierung hinsichtlich der Spannungsentstehung und damit der Lebensdauer der Bauteile stattfinden.