Heat transfer enhancement in natural convective channel flows by vortex streets

• Erhöhung der Wärmeabgabe in vertikalen Kanalströmungen mit natürlicher Konvektion durch Wirbelstraßen

Mathis, Paul; Müller, Dirk (Thesis advisor); Schmidt, Michael (Thesis advisor)

1. Auflage. - Aachen : E.ON Energy Research Center, RWTH Aachen University (2022)
Buch, Doktorarbeit

In: E.ON Energy Research Center ; EBC, Energy efficient buildings and indoor climate 100
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Die Wärmeabgabe in vertikalen beheizten Kanälen ist ein gängiges Mittel, um thermodynamische Geräte wie zum Beispiel Plattenheizkörper zur Raumbeheizung zu betreiben. Die Reduzierung der benötigten Materialmenge oder die Erhöhung der Leistung führt zu positiven Effekten im Hinblick auf ökonomische und ökologische Aspekte. Daher wird in dieser Arbeit das Prinzip der konvektiven Durchmischung durch Wirbelstraßen in vertikalen beheizten Kanalströmungen sowohl numerisch als auch experimentell untersucht. In der freien Konvektionsströmung werden Zylinder mit unterschiedlichen Versperrungsverhältnissen an unterschiedlichen Kanalpositionen platziert, wodurch Wirbelstraßen im stromabwärts gelegenen Bereich ausgelöst werden. Durch die Wirbel wird kühleres Fluid aus dem zentralen Teil des Kanals in die Nähe der beheizten Wände gebracht, wodurch die thermische Grenzschicht komprimiert und dadurch der Wärmeübergang erhöht wird. Das Problem wird im Allgemeinen sowohl für zweidimensionale Kanäle untersucht, die von zwei Seiten beheizt werden, als auch für dreidimensionale Kanäle, die von vier Seiten beheizt werden. In Abhängigkeit von geometrischen Parametern wie Versperrungsverhältnis, Kanalposition und Abstand mehrerer Zylinder zueinander wird ein erhebliches Potential zur Verbesserung der Wärmeübertragung ausgemacht. Das Prinzip wird dann auf verschiedene Bereiche von Plattenheizkörpern angewandt, was zu einer Verbesserung der Wärmeübertragung führt und damit die spezifische Gesamtleistung erhöht. Die Erhöhung der Wärmeübertragung wird ohne zusätzliche Energiekosten erreicht, da die Strömung ausschließlich durch natürliche Konvektion angetrieben wird. Die zusätzlichen Druckverluste der Zylinder werden durch die konvektive Durchmischung kompensiert.

Einrichtungen

• E.ON Energy Research Center [080052]
• Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik [419510]