Temperatur- und Geschwindigkeitsmessungen als Basis für die Gestaltung eines Umluftsystems zur gleichmäßigen Erwärmung von Platten

Abstract

Die Varroa Milbe (Varroa destructor) stellt eine zunehmende Bedrohung der weltweiten Bienenpopulation dar. Für die biologische Bekämpfung wurde 2011 ein mobiles Gerät auf den Markt gebracht, das die Wärmebehandlungsmethode nach dem Prinzip der Hyperthermie umsetzt. Dabei werden die von der Milbe befallenen Bruträhmchen in einem warmen Umluftstrom temperiert. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, eine alternative Umluftströmungsführung zu entwickeln. Auslöser dafür und gleichzeitig Randbedingung ist der Wunsch nach dem Einsatz eines Querstromlüfters statt des bisher verwendeten Axialventilators. Dies hätte einen erheblichen Einfluss auf die Gesamtmasse, die Geräteabmaße und damit einhergehend auch den Bedienkomfort. Dazu wurde aufbauend auf einer eindimensionalen strömungsmechanischen Analyse des Systems ein Funktionsmodell entworfen. Anhand dessen wurden empirische Studien durchgeführt, um Einblick in das strömungstechnische und thermische Verhalten zu gewinnen. Mittels Messungen der Strömungsgeschwindigkeit wurden Profile derselben erstellt. Diese wurden sukzessive durch Veränderungen an strömungsrelevanten Bauteilen manipuliert. Nach der Auswahl geeigneter Varianten, wurden die vielversprechendsten mittels Temperatur-messungen auf deren Tauglichkeit überprüft. Die Temperaturmessungen erfolgten mit Wachsplatten als Modell für die Brutwaben. Im Vordergrund stand dabei das Ziel diese gleichmäßig, über die gesamte Fläche, auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen. Im Zuge der Arbeit stellte sich heraus, dass es mit der gewünschten Lüfterart möglich ist die erforderliche Wärmemenge auf die Platten zu übertragen. Weiters wurden Erkenntnisse darüber gewonnen, welche Bedingungen der Kanal und die anderen Komponenten zusätzlich erfüllen müssen, um die Anforderungen hinsichtlich der Temperaturverteilung zu erfüllen.

In the last few decades the Varroa acarine (varroa destructor) became a serious threat for the bee population worldwide. In 2011 a biological weapon in the form of a mobile device, which implements the principle of artificial hyperthermy in a heat treating method, was placed on the market. Therefore the brood comb frames, afflicted by acarines are placed in a warm circulating air stream. The objective of this study was to develop an alternative circulating air system for this purpose. Trigger and at the same time basic condition was the desire for the use of a cross-flow fan instead of an axial blower. This would have relevant influence on the total mass, the device dimensions and accompanied with that also on the ease of use. Based on fluid mechanical analysis of the system a functional model was designed. To gain insight into the fluid mechanical and thermodynamical behavior, empiric studies were carried out. By measuring the stream velocity, profiles of the same were drawn. This profiles were gradually manipulated by modifying flow-relevant components. Out of this the most promising options were selected and tested for their suitability by temperature measurements. For these measurements the natural brood combs were represented by wax plates. The ultimate ambition was to evenly heat the whole surface of the plates onto the desired temperature. In the course of this paper it turned out that with the use of a cross-flow fan the necessary heat can be transferred to the plates. Additionally there were more findings relating to conditions which have to be fulfilled by the flow channel and other components, to meet the requirements regarding to the temperature distribution.