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Additive Fertigung passiver Steuerelemente zur intelligenten Steuerung der Durchströmung von Wärmeübertragern

Additive Fertigung passiver Steuerelemente zur intelligenten Steuerung der Durchströmung von Wärmeübertragern

Wärmeübertrager gehören zu den in der Energie- und Verfahrenstechnik am häufigsten eingesetzten Apparaten. Milliarden von Wärmeübertragern finden überall dort Anwendung, wo Wärme zwischen Fluiden übertragen werden soll.

Das korrekte, gleichmäßige strömen der Fluide durch den Apparat ist für den effizienten Betrieb des Wärmeübertragers unerlässlich. Die Folge einer fehlerhaften Durchströmung ist eine unregelmäßig verteilte Strömungsgeschwindigkeit, woraus auch eine Fehlverteilung der Temperatur resultieren kann. Üblicherweise werden Wärmeübertrager für einen bestimmten Betriebspunkt ausgelegt, indem das geforderte Betriebsverhalten vorliegt. Weichen die Betriebsbedingungen, etwa Fluidmassenströme im Teillastbetrieb einer Anlage, von den Auslegungsparametern ab, kann daraus eine unzureichende Performance des Apparates resultieren, die oft auf eine fehlerhafte Durchströmung zurückzuführbar ist.

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, Wärmeübertrager dahingehend zu optimieren, dass diese in einem breiteren Betriebsbereich richtig und effizient arbeiten. Zu diesem Zweck sollen die Freiheitsgrade, die die additive Fertigung bietet, genutzt werden, um Steuerelemente und Geometrien zu entwickeln, welche die fehlerhafte Durchströmung von Wärmeübertragern verhindern und die Strömung intelligent steuern.

Dabei werden verschiedene Ansätze verfolgt. Zum einen sollen Steuerelemente entwickelt werden, welche, beispielsweise basierend auf dem Bimetall-Effekt, bei auftretenden Temperaturabweichungen den Strömungsquerschnitt abschnittweise anpassen. Zum anderen sollen neue Verteilergeometrien und Verteilereinsätze entwickelt werden, die die Fluidverteilung im Wärmeübertrager verbessern und die in dieser Form ohne den Einsatz additiver Fertigung nicht realisierbar wären.

© IfT, Leibniz Universität Hannover
Simulierte Fehlverteilung der Strömung im Verteilerbereich eines Rohrbündelwärmeübertragers

BEARBEITUNG

M. Sc. Robin Kahlfeld
Adresse
An der Universität 1
30823 Garbsen
Gebäude
Raum
117
M. Sc. Robin Kahlfeld
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30823 Garbsen
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