Wirkmechanismen des Partikelfoulings auf strukturierten wärmeübertragenden Oberflächen

Kurzbeschreibung:

Durch die gezielte Strukturierung von wärmeübertragenden Oberflächen, beispielsweise durch Dellen oder Rippen, kann die Effizienz von kompakten Wärmeübertragern oder Bauteilkühlsystemen gesteigert werden. Derartige Oberflächenstrukturrierungen begünstigen jedoch das Partikelfouling, daher die Ablagerung von suspendierten Partikel, wie z.B. Sand, Schlamm oder Korrosionsprodukte. Eine Beurteilung strukturierter Oberflächen erfolgt üblicherweise unter Zuhilfenahme der thermohydraulischen Effizienz, dem Verhältnis von Druckverlustzunahme zu Wärmeübergangserhöhung, welche jedoch keine Berücksichtigung des Einflusses von Partikelablagerungen ermöglicht. Ferner kann keine Aussage getroffen werden, inwiefern lokale turbulente Strukturen innerhalb des Systems die Partikelablagerung beeinflussen.

Ziel dieses DFG-geförderten Projekts ist die Entwicklung eines universellen Verfahrens zur Vorhersage des partikulären Foulings auf strukturierten Oberflächen, speziell Dellenoberflächen. Das Verfahren basiert auf einer Kombination des Lagrangian-Particle-Trackings zur Beschreibung der dispersen Phase (Foulingpartikel) sowie räumlich und zeitlich aufgelöster Large-Eddy Simulationen für die Berechnung der kontinuierlichen Phasen (Trägerfluid). Dieses Vorgehen ermöglicht nicht nur die Auswertung der infolge der Partikelablagerungen verminderten thermohydraulischen Effizienz, sondern auch die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen turbulenten Strömungsstrukturen und dem partikulärem Fouling. Hochaufgelöste experimentelle Untersuchungen am ICTV der TU Braunschweig ermöglichen zudem die Validierung des neuen Verfahrens und geben einen detaillierten Einblick in die verschiedenen Prozesse und Stadien des Partikelfoulings.

Projektbezogene Veröffentlichungen (Auswahl):

Fachzeitschriftenbeiträge:

Deponte H., Kasper R., Schulte S., Augustin W., Turnow J., Kornev N., & Scholl S. (2020). Experimental and numerical approach to resolve particle deposition on dimpled heat transfer surfaces locally and temporally. Chemical Engineering Science 227, 115840. DOI: 10.1016/j.ces.2020.115840
Kasper R., Turnow J., & Kornev N. (2019). Multiphase Eulerian-Lagrangian LES of particulate fouling on structured heat transfer surfaces. International Journal of Heat and Fluid Flow, 79, 108462. DOI: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2019.108462
Kasper R., Deponte H., Michel A., Augustin W., Turnow J., Scholl S., & Kornev N. (2018). Numerical investigation of the interaction between local flow structures and particulate fouling on structured heat transfer surfaces. International Journal of Heat and Fluid Flow, 71, 68-79. DOI: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2018.03.002
Kasper R., Turnow J., & Kornev N. (2017). Numerical modeling and simulation of particulate fouling of structured heat transfer surfaces using a multiphase Euler-Lagrange approach.International Journal of Heat and Mass Transfer, 115, 932–945. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.07.108

Buchbeiträge:

Kasper R. (2021). Numerical modeling and simulation of particulate fouling on structured heat transfer surfaces using multiphase Eulerian-Lagrangian LES. Dissertation. Cuvillier-Verlag, ISBN-13: 9783736974197.
Kasper R., Turnow J., & Kornev N. (2019). Simulation of particulate fouling and its influence on friction loss and heat transfer on structured surfaces using a phase-changing mechanism. In Nóbrega J. M., & Jasak H., editors, OpenFOAM: Selected Papers of the 11th Workshop, chapter 31, 266-290, Springer Nature Switzerland AG. DOI: 10.1007/978-3-319-60846-4_31

Konferenzbeiträge:

Kasper R., Turnow J., & Kornev N. (2019). Prediction of particulate fouling on structured heat transfer surfaces using multiphase Eulerian-Lagrangian LES. Eleventh International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena (TSFP11), July 30 - August 2 2019, Southampton, UK.
Kasper R., Turnow J., & Kornev N. (2018). Multiphase Eulerian-Lagrangian LES of particulate fouling on structured heat transfer surfaces. Ninth International Symposium on Turbulence, Heat and Mass transfer (THMT9), July 10-13 2018, Rio de Janeiro, Brazil.
Kasper R., Turnow J., & Kornev N. (2017). Numerical investigation of the interaction between local flow structures and particulate fouling on structured heat transfer surfaces. Tenth International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena (TSFP10), July 6-9 2017, Chicago-IL, USA.
Kasper R., Turnow J., & Kornev N. (2017). Thermo-hydraulic analysis of structured heat transfer surfaces under consideration of particulate fouling using a multiphase Eulerian-Lagrangian method. Heat Exchanger Fouling and Cleaning Conference XII, June 11-16 2017, Aranjuez (Madrid), Spain.
Kasper R., Turnow J., Klunker J., & Kornev N. (2015). Simulation of particle fouling and its influence on friction loss and heat transfer on structured surfaces using Phase changing mechanism.8th International Symposium on Turbulence, Heat and Mass Transfer (THMT8), September 15-18 2015, Sarajevo, Bosnia and Herzegovina.

Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. habil. Nikolai Kornev
Tel.: +49 381 498 9550
E-Mail: nikolai.kornevuni-rostockde