Prototypen

Anhand von Beispielen werden die Auslegungsunterschiede zwischen konventionellen und neu entwickelten Modellen verdeutlicht. Zu diesem Zweck wurde zunächst ein typischer, handelsüblicher Wärmeübertrager beschafft und experimentell untersucht. Im Anschluss daran wurde er modelliert und mit FLUENT simuliert. Die Ergebnisse beider Untersuchungen wurden verglichen und interpretiert. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden zwei Prototypen entworfen und hergestellt. Der erste Prototyp repräsentiert einen Wärmeübertrager konventioneller Bauart mit geraden Rohren, während der zweite Prototyp gemäß der neu entwickelten Zickzackform gestaltet wurde. Das Hauptziel besteht darin, diese Wärmeübertrager sowohl numerisch als auch experimentell zu untersuchen. Die Ergebnisse sollen den Übereinstimmungsgrad zwischen den realen und den numerischen Modellen aufzeigen.

Experimentelle Untersuchung von Wärmeübertragern im Windkanal

Zur experimentellen Analyse von Wärmeübertragern können Windkanäle eingesetzt werden. Diese Einrichtungen dienen dazu, die thermischen Eigenschaften der Wärmeübertrager unter realistischen Bedingungen zu ermitteln, indem sie durch strömungsnahe Bedingungen getestet werden.

Der Windkanal besteht aus mehreren Komponenten: Ein Ventilator (1) saugt die Luft an und erzeugt damit die Luftströmung. Ein Gleichrichterelement (2) sorgt für eine gleichmäßige, unverwirbelte Strömung im Windkanal. Der Diffusor (4) dient zur Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit und zur Druckrückgewinnung, während eine Düse (3) die Strömung beschleunigt. In der Messstrecke können schließlich die Wärmeübertrager eingehend untersucht werden.

ANSYS FLUENT

Die numerische Strömungsmechanik umfasst Methoden zur Modellierung und Simulation von Strömungs- und Wärmeübertragungsprozessen. Für die Durchführung von Simulationsberechnungen ist ein repräsentatives Modell erforderlich, das die Realität adäquat abbildet.

Der Schwerpunkt liegt auf der numerischen Simulation der luftseitigen Strömungs- und Wärmeübergangsprozesse. Die Berechnungen erfolgen mithilfe der CFD-Software ANSYS FLUENT, basierend auf den Navier-Stokes-Gleichungen sowie den Turbulenztransportgleichungen . Die Turbulenzmodellierung wird unter Verwendung des RNG-k-ε-Modells durchgeführt.