Numerical modeling and simulation of particulate fouling on structured heat transfer surfaces using multiphase Eulerian-Lagrangian LES

Durch die gezielte Strukturierung von wärmeübertragenden Oberflächen, wie beispielsweise durch Dellen oder Rippen, kann die örtliche Turbulenz und damit die thermische Durchmischung gesteigert werden. Dies kann die Effizienz von Wärmeübertragern oder Bauteilkühlsystemen erheblich erhöhen. Derartige Oberflächenstrukturrierungen begünstigen jedoch das Partikelfouling, daher die Ablagerung suspendierter Partikel, wie z.B. Sand, Schlamm oder Korrosionsprodukte.

Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung eines universellen, numerischen CFD-Verfahrens zur Vorhersage des partikulären Foulings auf strukturierten Oberflächen, speziell Dellenoberflächen. Das entwickelte Verfahren basiert auf einer Kombination des Lagrangian-Particle-Trackings zur Beschreibung der dispersen Phase (Foulingpartikel), sowie räumlich und zeitlich aufgelöster Large-Eddy Simulation für die Berechnung der kontinuierlichen Phasen (Trägerfluid). Dieses Vorgehen ermöglicht nicht nur die Auswertung der infolge der Partikelablagerungen verminderten thermo-hydraulischen Effizienz, sondern auch die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen turbulenten Strömungsstrukturen und dem partikulärem Fouling. Dadurch kann gezeigt werden, dass die Verwendung von sphärischen Dellen als Oberflächenstrukturen nicht nur aus thermo-hydraulischer Sicht die optimale Wahl darstellt, sondern auch eine substantielle Verminderung des Partikelfoulings begünstigt.