University thesis:
Dissertation, Technische Universität Ilmenau, 2016
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Description:
Die Anforderungen an die Verwendung hocheffizienter Komponenten in Kälte- und Klimaanlagen nehmen ständig zu, wobei Energieeffizienz, geringer Material- bzw. Platzbedarf angestrebt werden. Eine der wesentlichen Komponenten stellt dabei der Lamellenrohr-Wärmeübertrager dar. Eine Erhöhung der Leistung oder eine Reduzierung des Volumens von Wärmeübertragern haben einen großen Einfluss auf die Eigenschaften der Gesamtanlage. Die bestehenden Veröffentlichungen in diesem Bereich zeigen jedoch, dass die Effektivität der Wärmeübertragungsoberflächen nur geringfügig oder gar nicht verbessert werden konnten. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich daher auf die Entwicklung neuer Methoden zur effektiven Auslegung von Lamellenrohr-Wärmeübertragern. Dabei sollte die Wärmeübertragung verbessert werden, ohne dass sich die Abmaße des Wärmeübertragers, der Material- und Energieverbrauch vergrößern. Durch eine Recherche über vorhandene interessante Entwicklungsmethoden und die Durchführung von Voruntersuchungen sind Schlussfolgerungen zu ziehen, die als Basis für neue Auslegungsmethoden verwendet werden. Ausgehend davon werden zwei innovative Hauptauslegungen entwickelt. Die neu entwickelten Methoden werden so beschrieben, dass konventionelle Modelle nach systematischen Schritten effektiv ausgelegt werden können. Einerseits ermöglicht die erste Auslegung (Lamellenversetzung) eine verbesserte Turbulenz und eine leichte Erhöhung der Luftgeschwindigkeit zwischen den Lamellen, andererseits sollte die zweite entwickelte Auslegung (Zickzackform) zusätzlich dazu eine größere Kontaktfläche (ellipsenförmig) zwischen den Lamellen und Rohren garantieren. Zur Bewertung der Eigenschaften der entwickelten Modelle werden hauptsächlich die Wärmeübertragungswerte, Druckverluste, Leistungskennzahlen, Materialverbräuche und die Energieeffizienz berücksichtigt. In diesem Zusammenhang werden anhand eines typischen Wärmeübertragers adäquate neue Modelle ausgelegt, die numerisch und zum Teil experimentell untersucht werden. Durch additive Fertigungsverfahren werden dazu zwei Exemplare für ein konventionelles und ein neu entwickeltes Modell modelliert, hergestellt bzw. untersucht.