Large-Eddy Simulation of Turbulent Heat Transfer and Particle Deposition in Helically Ribbed Pipes

Raue Oberflächen auf der inneren Rohrwand beeinflussen nicht nur die Wärmeübertragung und den anfallenden Druckverlust, sondern auch die Anfälligkeit des Rohres für Feststoffablagerungen. Obwohl Partikelanhäufungen auf der wärmeübertragenden Fläche ein großes Problem während des Betriebs von Wärmeübertragern darstellen, werden neue, weiter verbesserte Rohre hauptsächlich mit Bezug auf die Wärmeübertragung und des Druckverlusts entwickelt und nicht hinsichtlich der Partikelablagerungen. Um erfolgreiche Gegenmaßnahmen gegen Ablagerungen ergreifen zu können ist es notwendig mehr Informationen über Partikelablagerungen in strukturierten Rohren zu sammeln. Ergebnisse von detaillierten numerischen Mehrphasensimulationen können hierfür eingesetzt werden, wodurch sich der Entwicklungsprozess mit Hinblick auf Partikelablagerungen unterstützen lässt. In der vorliegenden Arbeit werden deshalb Rohre mit unterschiedlich geformten Oberflächen numerisch, in Bezug auf sowohl Wärmeübertragung und Druckverlust, als auch auf die Anfälligkeit auf Partikelablagerungen, untersucht. Large-Eddy Simulationen der Strömung innerhalb der strukturierten Rohre wurden durchgeführt und die Ergebnisse der Strömungen, der übertragenden Wärme und der Partikelablagerungen sind im Detail untersucht. Es wird gezeigt, dass die geometrische Struktur der Wand einen signifikanten Einfluss auf die Physik der Strömung und des Partikeltransports hat. Die Ergebnisse zeigen zudem, dass die Wahl bestimmter geometrischer Parameter dazu beitragen kann die Verschmutzung durch Partikelablagerungen zu verringern.