Institut für Thermische Verfahrenstechnik

Überlagerte freie und erzwungene Konvektion in lotrechten Rohrbündelwärmeübertragern

   In lotrechten Rohrbündelwärmeübertragern kann es, wie durch einen Fall aus der Industrie bekannt geworden, zu unerwünschten Rückströmungen aufgrund instabiler Dichteschichtung kommen. Im dargestellten Apparat mit n Rohren tritt auf der Rohrseite unten kaltes Fluid ein und wird im Gegenstrom abgekühlt. Dabei nimmt die Dichte des Fluids zu. Aufgrund der resultierenden instabilen Dichteverteilung kommt es in einem Anteil (b) der Rohre zu einer Rückströmung, während in den restlichen n*(1-b) Rohren ein Massenstrom in die richtige Richtung strömt.
Bei der Modellierung werden die Hauben als ideale Rührkessel angenommen, in welchen Temperatur und Druck ausgeglichen sind. Entsprechend folgt, daß im stationären Zustand der Druckverlust in allen Rohren gleich sein muß. Zusammen mit Energiebilanzen wird ein Gleichungssystem erhalten, in welchem der rückgeströmte Rohranteil (b) als Unbekannte verbleibt.
Anhand von Stabilitätsuntersuchungen, welche darauf basieren das zeitliche Verhalten kleiner Störungen zu untersuchen, wird versucht eine Beziehung für den Rohranteil b zu finden und die Theorie in Experimenten zu überprüfen.
Die sowohl theoretischen als auch praktischen Untersuchungen sind auch für das allgemeine Verständnis gekoppelter Systeme von Bedeutung.