Nikha Harris

Mein Studiengebiet war die Herstellung von Zwangs- und Konvektionsströmungen in rechteckigen Kanälen unter Erwärmung durch einen gleichmäßigen Wärmestrom. Die Forschung basiert auf Computational Fluid Dynamics (CFD) und die Simulationen wurden mit Ansys Fluent durchgeführt.

CDF ist ein wichtiges Werkzeug im Ingenieurwesen, das es uns erlaubt, reale Problemstellungen virtuell zu modellieren und mithilfe von numerischen Verfahren zu lösen. Dieser Ansatz ermöglicht die Lösung komplexer Probleme, die sich nur schwierig experimentell prüfen lassen oder für die ein Versuchsaufbau beträchtliche Kosten mit sich bringen würde. Ich erlangte Kenntnisse im Einsatz einer CFD-Software (Ansys Fluent) und in der Durchführung von Simulationen am CHPC-Supercomputer in Kapstadt, Südafrika.

Meine Masterarbeit bestand aus einer Literaturauswertung, einer Überprüfung, einer Unabhängigkeitsstudie, einer Modellierung, den Ergebnissen, den Schlussfolgerungen und Empfehlungen. In dieser Studie untersuchte ich Wasserströmungen durch rechteckige Mikrokanäle mit variierenden Querschnittsverhältnissen (1/2, 1 und 2).

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Gruppenfoto am Tag der Absolventen auf dem Campus

Jeder Kanal war einer konstanten Wärmezufuhr als Randbedingung ausgesetzt. Es wurden verschiedene Wärmezufuhrwerte und Reynolds-Zahlen geprüft, um deren Wirkung zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass die Strömung in diesen Mikrokanälen aufgrund der Wärmezufuhr sowie der Gravitationseffekte Sekundärströmungen (Strudel) ausbildete (Mischkonvektion). Zu den berichteten Ergebnissen gehörten Nußelt-Zahlen, Strudelkernpositionen und Strömungsstärke. Eine bemerkenswerte Entdeckung bestand darin, dass Kanäle mit geringeren Querschnittsverhältnissen höhere Wärmetransferraten und eine stärkere gravitationsinduzierte Strömung aufwiesen.

Die Schlussfolgerungen aus den Ergebnissen weisen darauf hin, dass die Nußelt-Zahl mit Abnahme der Querschnittsverhältnisse der rechteckigen Kanäle steigt. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Strömungsstärke direkt proportional zur Nußelt-Zahl ist, wobei geringere Querschnittsverhältnisse eine größere Strömungsstärke erbringen.

Die Studie zeigte zudem, dass eine größere Wärmezufuhr und geringere Reynolds-Zahlen zu höheren Nußelt-Zahlen und Strömungsstärken führen. Unter bestimmten Bedingungen hinsichtlich Wärmezufuhr, Reynolds-Zahl und Querschnittsverhältnis kann sich ein zweites Strudelpaar formen, sodass ein Doppelstrudelpaar entsteht, welches den Wärmetransfer steigert.

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Vom Denksport zum Sport: Spaß beim Quizabend und energiegeladener Lauf

Derartige Phänomene lassen sich unter Mischkonvektionsbedingungen in einem Gegenstromwärmetauscher mit gedruckter Schaltung und rechteckigen Mikrokanälen beobachten.

Es wurde empfohlen, weitere Datenpunkte zu sammeln, um den Übergangspunkt von einem einzigen gegenläufigen Strudelpaar zu einem Doppelstrudelpaar zu bestimmen. Die Studie hob die Bedeutung der Mischkonvektion hervor und betonte, dass das Querschnittsverhältnis bei Wärmetransferberechnungen in Anbetracht der merklichen Abweichungen der Ergebnisse bei unterschiedlichen Querschnittsverhältnissen nicht ausgeblendet werden kann.

Zudem wurde ein Mehrkanalaufbau geprüft und die Studie ergab, dass die Ergebnisse aus einem einzigen Kanal die Ergebnisse in einem Gegenstromwärmetauscher mit gedruckter Schaltung mit guter Genauigkeit vorhersagen konnten. Meine Masterarbeit habe ich im Dezember 2023 abgeschlossen.

Empfängerin des Helmut & Babs Amos Stipendiums zu sein, ist wirklich eine Ehre. Dieses Stipendium hat es mir ermöglicht, meine Forschung fortzuführen, und dafür bin ich zutiefst dankbar. Das zusätzliche Wissen und die neuen Kompetenzen, die ich während meines Masterstudiums erlangte, sind von unschätzbarem Wert und werden meine Entwicklung als Ingenieurin zweifellos voranbringen. Meine Programmier- und Analysefähigkeiten wie auch meine kommunikativen und zwischenmenschlichen Kompetenzen haben sich drastisch verbessert.

Auf persönlicher Ebene hat es mir dieses Stipendium nicht nur ermöglicht, meine Forschung voranzutreiben, sondern mir auch die Chance gegeben, Kontakte mit Gleichgesinnten an der Universität Pretoria zu knüpfen, die ebenfalls höhere Bildung anstrebten.

Das Stipendium der DAAD-Stiftung gab mir außerdem die Freiheit, während meiner Freizeit außerfachlichen Tätigkeiten nachzugehen, da ich finanziell nicht mehr so eingeschränkt war und keinen Teilzeitjob annehmen musste. Daher konnte ich einem wöchentlichen Laufclub beitreten und an Quizabenden teilnehmen und sowie meine universitären Erfahrungen bereichern.

Alle diese Erfahrungen wären mir ohne das Stipendium der DAAD-Stiftung und die Aufnahme eines Masterstudiums nicht möglich gewesen. Sie haben sowohl meine wissenschaftliche als auch meine persönliche Entwicklung bereichert. Darüber hinaus konnte ich auf dem Gebiet des Wärmetauschs/ der Thermodynamik forschen, einem Thema, das mich sehr fasziniert.

Ich werde ewig dankbar für diese Chance sein, die meinen Wissensschatz erweitert und mein ingenieurwissenschaftliches Netzwerk vergrößert hat.

Mein nächster Plan ist es, zu erforschen, welche gesammelten Daten und Bereiche des aktuellen Forschungsgegenstandes in weiterführenden Phasen noch weiter ausgebaut werden können. Zudem freue ich mich darauf, das Wissen und die Kompetenzen, die ich daraus gewinnen konnte, in der Arbeitswelt zum Einsatz zu bringen, und ich kann es kaum erwarten, meine Karriere als Softwareentwicklerin zu beginnen.