Numerische Untersuchung eines neuartigen Wärmeübertragerkonzeptes für den Einsatz in einem Speichersystem für solarthermische Kraftwerke

Abstract

In dieser Arbeit wurde numerisch die Möglichkeit des Konzeptes eines hybriden Wärmeübertragers untersucht. Dabei wurden drei verschiedene Ausführungen betrachtet und numerisch modelliert. Die Modelle wurden nach Möglichkeit analytisch und experimentell validiert und dadurch deren Anwendbarkeit bestätigt. Letztlich wurden Parameterstudien für verschiedene Geometriekonfiguration durchgeführt, auf deren Grundlage schließlich ein Vergleich der Ausführungen erfolgt. Die Berechnungen zeigen, dass das betrachtete Konzept der Zylinderlängs- und Spaltströmung ungeeignet für den Einsatz als hybrider Wärmeübertrager ist, da die auftretenden Druckverluste zu groß sind. Die Untersuchung der Konzepte „Kreisrippen- Rohrbündelumströmung“ und „Rohrbündel und Kanalströmung“ ergab hingegen eine grundsätzliche Einsatzmöglichkeit als Wärmeübertrager. Deren Leistungsfähigkeiten steigen in dem untersuchten Bereich mit der Strömungsgeschwindigkeit. Die Kreisrippen- Rohrbündelumströmung stellt dabei die effektivste Variante dar. Die Untersuchungen zeigen weiterhin, dass die Wirkungsweisen der jeweiligen Ausführungen sehr stark parameterabhängig sind. Es müssten also umfangreichere Untersuchungen erfolgen und mehr Parameter variiert werden, um wirklich sichere Aussagen treffen zu können. Zudem sind viele Randbedingungen, wie die benötigte Leistung oder der maximal zulässige Druckverlust, noch nicht bekannt. Diese genauen quantitativen Anforderungen haben einen signifikanten Einfluss auf die Gestaltung, so dass die Bewertung in qualitativer Hinsicht erfolgt.