Verbesserung der Wärmeübertragung in Rohrbündelrekuperatoren durch Einsatz strukturierter Rohre

Das Ziel des For­schungs- und Ent­wick­lungs­vor­ha­bens ist die Ver­bes­se­rung der Ener­gie­ef­fi­zi­enz und Wirt­schaft­lich­keit gas­be­heiz­ter Indus­trie­ofen­an­la­gen mit zen­tra­ler Luft­vor­wär­mung. Die­ses Ziel soll durch die Erhö­hung der Ober­flä­che und Ver­bes­se­rung des Wär­me­über­gangs der ein­zel­nen Rohr­bün­del in einem Zen­tral­re­ku­per­a­tor erreicht wer­den. Hier­zu soll basie­rend auf Ver­fah­ren zur werk­stoff­scho­nen­den Struk­tu­rie­rung von Ble­chen eine Pro­zess­rou­te zur Her­stel­lung struk­tu­rier­ter Rohr­bün­del ent­wi­ckelt werden.

Die Ein­brin­gung einer Struk­tur ver­spricht eini­ge Vor­tei­le gegen­über unstruk­tu­rier­ten Bau­tei­len: Struk­tu­rier­te Reku­per­a­tor­roh­re wei­sen im Ver­gleich zu kon­ven­tio­nel­len glat­ten Reku­per­a­tor­roh­ren einen erhöh­ten Wir­kungs­grad auf­grund der grö­ße­ren wär­me­über­tra­gen­den Ober­flä­che auf. Dies führt zu einem ver­bes­ser­ten Wär­me­über­gang. Die struk­tu­rier­ten Roh­re kön­nen sowohl in Alt- als auch in Neu­an­la­gen ohne beson­de­ren kon­struk­ti­ons­tech­ni­schen Auf­wand ein­ge­baut wer­den. Auf­grund der Bau­wei­se ist eine direk­te Nach­rüs­tung in Altanla­gen zur Stei­ge­rung des Wir­kungs­gra­des mög­lich.

Dar­stel­lung eines ver­ein­fach­ten CFD-Modells zur Unter­su­chung struk­tu­rier­ter Roh­re in Rekuperatoren

Auf­bau­end auf der Struk­tu­rie­rung der Ble­che erfolgt die Unter­su­chung der seri­en­fer­ti­gungs­ge­eig­ne­ten Pro­zess­schrit­te zur Ver­ar­bei­tung der Ble­che zu geeig­ne­ten Rohr­bün­deln. Die­se Schrit­te wer­den durch beglei­ten­de CFD-Simu­la­tio­nen der strö­mungs­tech­ni­schen, mecha­ni­schen und wär­me­tech­ni­schen Aus­wir­kun­gen der Struk­tu­rie­run­gen in Abhän­gig­keit der Struk­tu­rie­rungs­tie­fe auf die Reku­per­a­tor­leis­tung flan­kiert. Ein Zwi­schen­ziel stellt hier­bei die Ermitt­lung der idea­len Struk­tur­ma­ße und deren Fer­ti­gung dar.

Aus den erziel­ten Ergeb­nis­sen wird ein Demons­tra­tor gefer­tigt, wel­cher zunächst in einer Ver­suchs­an­la­ge ein­ge­setzt wird. Anhand der erziel­ten Daten sind Anpas­sun­gen der Struk­tur sowie der Fer­ti­gungs­wei­se möglich.