Thermofluiddynamische und konstruktive Auslegung sowie Aufbau und Inbetriebnahme eines Strömungskanals zur Untersuchung des konvektiven Wärmeübergangs an innovativen Rippenrohren

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird die thermofluiddynamische und konstruktive Auslegung eines Strömungskanals zur Untersuchung von innovativen Rippenrohrdesigns beschrieben. Die Kernmotivation stellt dabei die Verbesserung des luftseitigen Wärmeübergangs an berippten Rohren dar. Dieser ist der limitierende Faktor für die Leistungsfähigkeit von luftgekühlten Rippenrohrwärmeübertragern. Der luftseitige Wärmeübergang ist von mehreren Faktoren, wie dem Rippendesign, dem Rippenabstand oder dem Strömungsfeld zwischen den Rippen abhängig. Demzufolge ist der Einfluss von geometrischen Parametern auf Wärmeübergangs- und Druckverlustcharakteristika bereits seit Jahren Untersuchungsgegenstand zahlreicher Studien. Die vorgelegte Arbeit gibt einen Überblick über die bisher untersuchten Geometrieparameter und deren Einfluss auf den Wärmeübergang. Wie aus der Literaturrecherche hervorgeht, bleibt die Untersuchung des Einflusses der radialen Wärmeleitung innerhalb einer Rippe, des Rippenwirkungsgrades oder auch des Anströmwinkels bis dato weitestgehend unberücksichtigt. Diese Arbeit beschreibt die Auslegung und Konstruktion eines Strömungskanals zur experimentellen Untersuchung dieser Einflussgrößen. Zur Bestimmung der Abmessungen des Strömungskanals wurde ein Rippenrohr unter festgelegten Randbedingungen ausgelegt, um einen Rippenwirkungsgrad von 30% zu erreichen. Möglichst große Rippenhöhen ermöglichen eine Untersuchung der radialen Wärmeleitung innerhalb der Rippen. Ein Wärmestrom wird mithilfe elektrischer Heizstäbe im Inneren des Rohres erzeugt.Auf der Grundlage der Dimensionen desRippenrohres wurde die Querschnittsfläche des Strömungskanals festgelegt. Zur Gewährleistung eines homogenen Strömungsprofils am Eintritt in die Testsektion wurden geeignete Einbauten zur Strömungsgleichrichtung ausgewählt. Um den Einfluss des Anströmwinkels untersuchen zu können, bietet der Strömungskanal zudem die Möglichkeit Rippenrohre in unterschiedlichen Neigungswinkeln zu installieren. Des Weiteren wurde geeignete Messtechnik im Strömungskanal installiert, mit der es möglich ist, die zur Bestimmung des Wärmeübergangs notwendigen physikalischen Größen zu erfassen. Im letzten Abschnitt der Diplomarbeit wurden die durch die Messgeräte bedingten Unsicherheiten bei der Bestimmung der charakteristischen Größen zur Beschreibung des konvektiven Wärmeübergangs ermittelt. Der Strömungskanal bietet die Möglichkeit, Rippenrohre in einem homogenen Strömungsfeld unter verschiedenen Anströmwinkeln experimentell untersuchen zu können. Der Bau des Strömungskanals leistet einen Beitrag den luftseitigen Wärmeübergang an Rippenrohren besser verstehen zu können, um so die Effizienz luftgekühlter Rippenrohrwärmeübertrager mithilfe innovativer Rippendesigns weiter zu verbessern.