Bertsche

Immer häufiger werden in der Industrie Möglichkeiten zur passiven Erhöhung des Wärmeübergangs in Betracht gezogen, um kompaktere und kostengünstigere Wärmeübertrager entwickeln zu können. Speziell Automobile, in denen unter anderem Wasser-Glykol gegen Luft abzukühlen ist, benötigen kompakte und zugleich hoch effiziente Wärmeübertrager. Neben der bisher ausgiebig untersuchten und optimierten Luftseite (Verbesserung des Wärmeübergangs durch Kühllamellen) besteht eine weitere Möglichkeit zur Optimierung der Wärmeübertragung darin, die Effizienz der Kühlmittelseite zu steigern. Hierzu wurden in den letzten Jahren einige Untersuchungen durchgeführt, welche die unterschiedlichsten Formen von passiven Einbauten zur Erhöhung des Wärmeübergangs und deren Effekt auf den Druckverlust entweder experimentell oder numerisch untersuchen.

                         Darstellung möglicher passiver Einbauten im Flachrohrkanal nach Wongcharee et al. 2011

Ziel einer Optimierung der Strömung in den Flachrohren des Wärmeübertrages ist die Bestimmung des Pareto-Optimums aus Druckverlust und Wärmeübergang. Um die thermofluiddynamischen Zusammenhänge und die Gestaltungsvielfalt der passiven Einbauten, sowie die Vielzahl der Einflussparameter untersuchen zu können soll eine Methodik entwickelt werden, beliebige Formen solcher passiven Einbauten per CAD zu erstellen und die Strömung über diese per CFD zu simulieren. Folgende Arbeitspakete sind zu bearbeiten:

• Zunächst soll eine Einarbeitung in das bestehende Konzept des Prüfstands, insbesondere der Auswertemethodik, erfolgen und eine geeignete CAD-Software zur Erstellung der Geometrie solcher passiver Einbauten ausgewählt werden. Eine Literaturrecherche soll die zielorientierte Entwicklung neuartiger passiver Einbauten ermöglichen.
• Eine möglichst weitgehend automatisierte Methodik soll entwickelt werden, mit der der Flachrohrkanal mit beliebigen passiven Einbauten versehen werden kann. Diese soll es ermöglichen die Form, Anzahl, Anordnung und Größe der passive Einbauten beliebig zu variieren.
• Mit den bereitgestellten Vernetzungswerkzeugen soll ein geeignetes Berechnungsnetz erstellt und auf Netzunabhängigkeit geprüft werden.
• Der Abgleich der CFD-Simulationen mit Literatur soll anhand der Zielgrößen Druckverlust und Wärmeübergang an gewählten passiven Einbauten durchgeführt werden. Zur Durchführung der Strömungssimulation steht sowohl eine CFD-Methodik für die Software STAR-CCM, also auch für OpenFOAM zur Verfügung.

              Simulation der Strömung und des Wärmeübergangs über passive Einbauten nach Wongcharee et al. 2011