Numerische Simulation von Wärmeübertragern
Allgemein sind Wärmetauscher Apparate, die Wärme bzw. thermische Energie von einem Stoffstrom auf einen anderen übertragen.
Ziel ist die Erhöhung der Leistungsfähigkeit und Effizienz eines Wärme- tauschers, d.h. den zu erwärmenden Stoffstrom möglichst stark aufzuwärmen und den anderen Stoffstrom möglichst stark abzukühlen. Die Analyse der thermischen Prozesse in den Wärmeübertragern muss unter besonderer Betrachtung einer gleichmäßigen Zuströmung, eines effektiven Wärmeüber- ganges und der Reduzierung der thermischen Bauteilbeanspruchung erfolgen.
Mit der Methode der numerischen Strömungsberechnung (CFD) ergeben sich leistungsstarke Alternativen zu traditionellen empirischen Auslegungs- ver- fahren von Wärmetauschern. Mittels Simulation der globalen und lokalen Strömungsverhältnisse und Temperaturverteilungen unter Berücksichtigung von freier Konvektion bzw. Mischkonvektion, temperaturabhängigen Stoffwerten und nicht-newtonschen rheologischem Verhalten können auch komplizierteste physikalische Verhältnisse analysiert werden. Dies betrifft beispielsweise Verdampfungsprozesse an der wärmeübertragenden Wand ebenso wie die Kombination eines laminaren und eines turbulent strömenden Mediums. Strukturmechanische Analysen erlauben die Bestimmung von Festigkeitseigenschaften der Wände und inneren Strukturen.
Als Ergebnis liegen detaillierte dreidimensionale und zeitabhängige Daten zu Geschwindigkeits- und Temperaturverteilungen als auch zur Wärmestrom- dichte für den gesamten Wärmetauscher vor. Gleichzeitig erlauben die Simulationen einen Einblick in die thermischen und mechanischen Belastungen der Bauteile. Damit können Neuauslegungen und Optimierungen von Wärmetauschern effektiv und zielgerichtet unterstützt werden.
- Simulation der Abgaskühlung
- Rohrbündel-Wärmeübertrager
