Analytische Modellierung der temperatur- und gasdruckabhängigen effektiven Wärmeleitfähigkeit von Pulvern

Für zukünftige lunare Explorationsmissionen, aber auch für terrestrische Anwendungen wie Wärmedämmstoffe und Kugelbetten in Reaktoren ist die Kenntnis der effektiven Wärmeleitfähigkeit poröser Medien essentiell. Um diese analytisch für unterschiedliche Korngrößen und Porositäten zu beschreiben, wird in der vorliegenden Arbeit ein Modell entwickelt, das sämtliche Wärmetransportmechanismen berücksichtigt: Strahlung, Festkörperkontaktleitung, Gasleitung und Festkörper-Gas-Kopplung nahe den Berührungspunkten der Partikel. Neben der Anwendung der Hertzschen Pressung und der kinetischen Gastheorie für Kontakt- bzw. Gasleitung, wird ein neuer Ansatz entwickelt, um Modelle für Wärmedämmstoffe und Schüttungen zu kombinieren. Dadurch wird der Gültigkeitsbereich bzgl. Korngröße und Porosität erweitert. Der Einfluss der Strahlung wird unter Berücksichtigung von Absorption und Streuung nach der Mie-Theorie berechnet (Wärmedämm-Modell). Zur Beschreibung der Festkörper-Gas-Kopplung unter Berücksichtigung der Partikelform wird eine zylindrische Einheitszelle entwickelt (Schüttungs-Modell). Somit wird eine Lücke zwischen den Modellen für Wärmedämmstoffe und Schüttungen geschlossen. Das resultierende Modell wird anhand neuer experimenteller Daten validiert.