Zweiphasenströmungen in horizontalen Rohren und Verteilern

Motivation

Horizontale Zweiphasenströmungen treten in der Natur und in vielen Bereichen der Technik auf, wie z. B. im Rohrleitungstransport und in Speichertanks. Relevant ist dieser Strömungstyp auch für kompakte Wärmeübertrager, die im Allgemeinen aus Zuleitung, Sammler und einer großen Zahl von parallelen Mikrokanälen aufgebaut sind. In diesen Apparaten hängt die Verteilung der Gas- und Flüssigphase zu den einzelnen Mikrokanälen stark von dem Strömungsregime in der Zuleitung und dem Sammler ab. Eine gleichmäßige Strömungsverteilung ist vorteilhaft für die Leistung des Wärmeübertragers, während eine ungleichmäßige Verteilung unter anderem zu Vereisung, hohen mechanischen Spannungen und reduzierter Lebensdauer führen kann. Wie dieses Beispiel zeigt, besteht ein Bedarf an zuverlässigen CFD-Methoden zur Vorhersage der Struktur von horizontalen Zweiphasenströmungen in industriellen Anwendungen. Der Schwerpunkt dieses Forschungsprojektes besteht daher in der Identifizierung und Modellierung der wesentlichen physikalischen Mechanismen für die Übergänge von Strömungsregimen und die Strömungsverteilung in horizontalen Apparaten.

Methoden

Als experimentelle Verfahren werden zur Gewinnung von Validierungsdaten unter anderem die Mikrofokus-Röntgentomographie sowie die Hochgeschwindigkeits-Videometrie eingesetzt. Daneben wird die Weiterentwicklung von CFD-Methoden basierend auf dem Euler-Euler Mehrfeld-Ansatz verfolgt. Aufbauend auf den experimentellen Erkenntnissen, zielt dieses Projekt auf die Verbesserung und Erweiterung der AIAD und GENTOP Konzepte ab.