Konstruktive Entwicklung von Wanderbett-Wärmeübertragern mit unterschiedlichen Rohrgeometrien und experimentelle Untersuchung zu deren Strömungsverhalten

Abstract

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurden zwei Wanderbett-Wärmeübertrager Testmuster unter Berücksichtigung der Strömungsmechanik entwickelt, gefertigt und anschließend das Strömungsverhalten experimentell vermessen. Um die Strömungsverteilung zu vermessen musste ein geeignetes Messverfahren gefunden werden, welches mit der PIV-Methode zielführend realisiert wurde. Es wurde eine vorhandene Testanlage modifiziert, um einen Einsatz von transparenten Testmustern und einen einfachen Umbau verschiedener Testmuster zu ermöglichen. Mit dieser Testanlage wurden anschließend beide Testmuster bei verschiedenen Massenströmen vermessen, mit dem eine Eignung der Testmuster bewiesen werden sollte. Es hat sich gezeigt, dass die PIV-Vermessung der Strömungsverteilung des Wanderbett-Wärmeübertragers mithilfe eines Open-Source Programmes und einer einfachen Systemkamera möglich ist. Die vorherrschenden Strömungsfelder konnten zuverlässig erfasst und dargestellt werden. Durch die Wahl der Rohrgeometrie in Form einer Raute konnte Massenfluss gewährleistet werden, sowie die für Rundrohre üblichen Stau und Leerzonen komplett vermieden werden. Somit wurde erreicht, dass die komplette Rohraußenwand direkt umströmt wird und somit zur Wärmeübertragung beitragen kann. Das Wärmeübertrager-Modell mit resultierendem ovalem Querschnitt in Strömungsrichtung zeigte Aufgrund der Asymmetrie auf der Vorder- und Rückseite verschiedene Ergebnisse. Auf der Vorderseite, von der aus gesehen die Rohre abwärts durch den Wärmeübertrager verlaufen, konnte Massenfluss gewährleistet werden. Die Stau- und Leerzonen konnten im Vergleich zu Rundrohren verringert und die direkt umströmten Seitenflanken vergrößert werden. Auf der gegenüberliegenden Seite des Wärmeübertrager-Modells bildete sich durch die gewählte Anordnung der Rohre eine Totzone innerhalb des Rohrbündels, womit Massenfluss nicht mehr gewährleistet werden konnte.