Eine Methode zur numerischen Untersuchung von Strömung und Wärmeübertragung in komplexen Geometrien

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In dieser Arbeit entwickelt Roland Schmidt eine Methode zur numerischen Untersuchung der Wärme- und Impulsübertragung in komplexen Geometrien, präsentiert am Beispiel eines Lamellenrohrbündel-Wärmeübertragers mit runden Rohren und geschlitzten Lamellen. Der Schwerpunkt liegt auf der Erzeugung eines hybriden Gitters, optimiert zur Auflösung der Grenzschichten an den Teilflächen der Lamellen und Rohren. Die Berechnung erfolgt unter der Annahme einer laminaren, stationären Strömung, wobei die Lamelle als Körper mit konstantem Querschnitt modelliert wird. Diese einfache Modellierung überschätzt den Impulsaustausch aufgrund der groben Gitterstruktur an den Stirnflächen. Eine verfeinerte Modellierung nutzt eine angepasste Gitterstruktur zur Vermeidung dieser Überschätzung. Die Verifikation der Berechnungen untersucht den Einfluss von Gittervariationen, und es wird eine instationäre Vergleichsrechnung durchgeführt. Beide Berechnungen lösen komplexe Strömungsstrukturen wie Rückströmgebiete, Grenzschichtbildung und asymmetrische Hufeisenwirbel auf. Zur Validierung werden Messungen der integralen Werte von Wärmeübergang und Druckverlust bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten herangezogen, wobei eine gute Übereinstimmung zwischen Messung und Berechnung festgestellt wird.