Multiple steady states and transient phenomena in mixed convections

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Holger Martin (†)
• Subject Area: Chemical and Thermal Process Engineering
• Term: from 2000 to 2003
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5218426

Wärmeübertrager gehören zu den in allen Bereichen der Industrie am häufigsten eingesetzten Apparaten. Ihre wirtschaftliche und sichere Auslegung ist daher von besonderer Bedeutung. Da sie zunehmend in Verbundsystemen zur Wärme- und Kälteversorgung mit wechselnden Lasten eingesetzt werden, spielen dabei mehrfach stationäre Zustände und transiente Vorgänge eine immer größere Rolle. Es ist bekannt, daß der Wärmeübergang bei entgegengerichteter Überlagerung von freier und erzwungener Konvektion (z.B. Kühlen aufwärts strömenden Wassers) und turbulenter Strömung stets besser ist, als bei gleichgerichteter Überlagerung (z.B. Kühlen abwärts strömenden Wassers). Folglich wäre es sinnvoll, Wärmeübertrager entsprechend zu betreiben. Dabei kann es jedoch, zumindest bei Rohrbündelwärmeübertragern, zu einer Rückströmung in einem Teil des Apparates und zu Oszillationen der Strömung im gesamten Apparat kommen, wodurch der Druckabfall ansteigt und die Leistung des Apparates vom Auslegungsfall abweicht. Ob es nun sinnvoll ist, Wärmeübertrager bei entgegengerichteter Überlagerung zu betreiben, hängt davon ab, welcher Anteil des Apparates im Betrieb entgegen der Richtung des Nettostromes durchströmt wird. Die Berechnung dieses Anteils bei variablen Betriebsbedingungen ist das primäre Ziel des Forschungsvorhabens. Darüber hinaus soll untersucht werden, ob sich die bei Rohrbündelapparaten gewonnenen Erkenntnisse auch auf Plattenapparate und andere Bauarten übertragen lassen. Bei den notwendigen Experimenten zur Untersuchung der Rückströmung werden darüber hinaus ohne zusätzlichen Aufwand Daten zum Wärmeübergang bei überlagerter Konvektion gewonnen. Damit soll die dünne Datenbasis, auf welche sich Korrelationen zur Beschreibung des Wärmeübergangs bei Überlagerung von freier und erzwungener Konvektion bisher abstützen, erweitert werden.

• DFG Programme: Research Grants