Untersuchung des Wärmeübergangs und des Bündeleffekts an Rippenrohren mittels numerischer Strömungssimulation

In Rohrbündelverflüssigern von kältetechnischen und petrochemischen Anlagen werden spezielle Rippenrohre eingesetzt, um die Effizienz und Kompaktheit solcher Apparate zu steigern. Durch Herabtropfen von Kondensat oberer auf untere Rohrreihen wird der Kondensationswärmeübergang stark negativ beeinflusst, was auch als Bündeleffekt bekannt ist und einen der begrenzenden Faktoren darstellt, um solche Anlagen noch effizienter zu gestalten. Daher wird in dieser Arbeit erstmalig numerische Strömungssimulation eingesetzt, um unter adiabaten Bedingungen das Ablaufverhalten und darauffolgend unter diathermen Bedingungen den Kondensationsprozess am Einzelrohr und im Rohrbündel zu simulieren. Der Einstieg in die Mehrphasensimulation wird an 2D-Glattrohrmodellen durchgeführt. Im Vergleich zu Literaturdaten und der Nußelt-Gleichung konnte die Filmdicke eines abfließenden Flüssigkeitsfilms über eine Rohroberfläche mit guter Übereinstimmung simuliert werden. Weitere adiabate Simulationen wurden an 3D-Rippenrohrmodellen mit variierenden Rippendichten sowie den Kältemitteln R134a und Propan durchgeführt. Im Fokus steht die Simulation der statischen Kondensatrückstauung, welche sich unter adiabaten Bedingungen durch die Kapillarkräfte und der Gewichtskraft zwischen zwei Rippen einstellt.