Optimierung von Wärmetauschern

Leistung, Wärmehaushalt, Druckverlust

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Optimierung von Wärmetauschern

Die Auslegung und Gestaltung von Wärmetauscher hat direkten Einfluß auf dessen Leistungsfähigkeit und bestimmt maßgeblich auch die Gestehungskosten des Gußteils. Die Gestaltoptimierung mittels CFD bringt hier deutliche Vorteile in puncto Leistungssteigerung und Kostenreduktion gegenüber empirischen Auslegungsverfahren.

Am Beispiel der Optimierung eines Ladeluftkühlers sei dies verdeutlicht. Für einen bestimmten Bemessungsmassenstrom soll die Temperatur der zugeführten Heißluft auf mindestens 50 °C (323 K) herabgekühlt werden. Die zu erreichende Kühlleistung soll 100 kW betragen. Durch einen iterativen Gestaltänderungsprozess mittels CFD-Simulation wird die Ein- und Auslaßgeometrie nun soweit angepaßt, bis sich ein deutlich verbessertes Durchströmverhalten gegenüber der Ausgangsgeometrie zeigt. 

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Ausgangsversion

Temperaturverteilung und Stromlinienbild

Ursprüngliche Ein- und Auslaßgeometrie 

Durch den ungünstig ausgeführten Einlaßbereich kommt es unmittelbar am Einlaß zur Ausbildung eines Totwasserwirbels. Dieser hat eine versperrenden Wirkung auf die Strömung, so dass große Teile des Kühlnetzes nicht durchströmt werden. Die erreichte Kühlleistung liegt 11% unter der erwarteten zurück und die zulässige Auslaßtemperatur wird überschritten.    

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Endversion

Temperaturverteilung und Stromlinienbild

Optimierte Geometrie

Nach mehreren Variationsschritten steht eine Geometrie fest, die die Anforderung hinsichtlich Durchströmverhalten, Leistung und Temperatur erfüllt.

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