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Optimierung von Wärmeübertragungsprozessen

Die Optimierung der Wärmeübertragung an Oberflächen stellt eine klassische Aufgabe der Thermodynamik dar. Damit die wärmeübertragende Fläche gering gehalten und zum Teil auch auf erzwungene Konvektion verzichtet werden kann, bietet sich die Verwendung strukturierter Oberflächen an. Unter strukturierten Oberflächen versteht man beliebige konstruktive Änderungen der Oberfläche, die den Wärmeübergang durch Oberflächenvergrößerung einerseits, aber auch durch Störung der Strömung, erhöhen. Dabei kann es sich um beliebige Rippen oder Ripplets handeln, oder um Dellen in der Oberfläche.

Neben der Zielgröße Wärmeübertragung gilt es bei der Optimierung von Wärmeübertragungsflächen natürlich auch die Nebenbedingungen zu beachten: geringe Kosten (Fertigung und Material), Vermeidung von Fouling durch Selbstreinigung der Oberfläche sowie geringer zusätzlicher Strömungswiderstand.

Diese Wärmeübertragungsoptimierung wird bei der FVTR sowohl experimentell als auch mittels Simulation durchgeführt. Dazu stehen neben der Thermografie, mit der sich das Temperaturfeld der Oberfläche bestimmen lässt, auch optische Methoden in Form von Lasermesstechnik (PIV - Particle Image Velocimetrie, PTV - Particle Tracking Velocimetrie) zur Verfügung.
Weiterhin kommen CFD-Modelle zur Anwendung, die sowohl eine Optimierung der Geometrie erlauben als auch das Verständnis des Prozesses erweitern.

Temperatur-Feld eines elektrischen Vorwärmers Erhöhung des Wärmeüberganges durch strukturierte Oberflächen

 

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