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Cuvillier Verlag

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

Printausgabe
EUR 44,90

E-Book
EUR 32,90

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

Robert Kasper (Autor)

Vorschau

Leseprobe, PDF (460 KB)
Inhaltsverzeichnis, PDF (74 KB)

ISBN-13 (Printausgabe) 9783736974197
ISBN-13 (E-Book) 9783736964198
Sprache Englisch
Seitenanzahl 178
Umschlagkaschierung matt
Auflage 1
Erscheinungsort Göttingen
Promotionsort Rostock
Erscheinungsdatum 30.04.2021
Allgemeine Einordnung Dissertation
Fachbereiche Allgemeine Ingenieurwissenschaften
Technische Mechanik, Strömungsmechanik, Thermodynamik
Maschinenbau und Verfahrenstechnik
Wärme-, Kälte- und Klimatechnik
Schlagwörter Partikelfouling, Fouling, Foulingverminderung, Wärmeübergang, Wärmeübergangserhöhung, Druckverlust, thermo-hydraulische Effizienz, partikelbeladene Strömungen, Turbulenz, turbulente Strömungen, Wirbelstrukuren, Grobstruktursimulation, disperse Mehrphasenströmungen, Euler-Lagrange, Kanalströmungen, strukurierte wärmeübertragende Oberflächen, Dellen, Multiskalensimulationen, particulate fouling, fouling, fouling mitigation, heat transfer, heat transfer augmentation, pressure loss, thermo-hydraulic efficiency, particle-laden flows, turbulence, turbulent flows, vortex structures, large eddy simulation, dispersed multiphase flows, Eulerian-Lagrangian, channel flows, structured heat transfer surfaces, dimples, multiscale simulations, thermischer Widerstand, Druckverlust, Wärmedurchlässigkeit, thermal diffusivity, Schleppkoeffizient, drag coefficient, Körperkraftvektor, body force vector, Fanning-Reibungsfaktor, fanning friction factor, Kolmogorow-Konstante, Kolmogorov constant, Smagorinsky-Konstante, Smagorinsky constant, Kreuzspannungstensor, Cross stress tensor, Filterkern, Filter kernel, Identitätstensor, Identity tensor, Impulskraft, Impulsive force, Kinetische Energie, kinetic energy, Turbulenzspannungstensor, Turbulence stress tensor, Streckspannung, Yield stress, Turbulenzproduktionsrate, Turbulence production rate, Verschmutzungswiderstand, Fouling resistance, Stagnationspunkt, stagnation point, Dehnungsgeschwindigkeitstensor, Strain rate tensor, Gesamtwärmeübergangskoeffizient, Overall heat transfer coefficient, Kartesische Koordinaten, cartesian coordinates, Raumvektor, space vector, Zellenwert, cell value, deposit formation, Ablagerungsbildung
URL zu externer Homepage https://www.lemos.uni-rostock.de/
Beschreibung

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.

The application of structured heat transfer surfaces, such as dimples or ribs, increase the local turbulence and thus thermal mixing. This can improve the efficiency of heat exchangers or cooling systems significantly. However, structured surfaces are known to promote particulate fouling, hence the unwanted accumulation and deposition of suspended particles (e.g., silt, sludge or iron oxide).
The scope of this work is the development of a universal numerical CFD method for the prediction of particulate fouling, especially on dimpled surfaces. The proposed approach is based on a combination of the Lagrangian point-particle tracking for the description of the disperse phase (fouling particles), and spatially and temporally resolved large-eddy simulations for the calculation of the continuous phase (carrier fluid). This approach allows not only the evaluation of the reduced thermo-hydraulic efficiency due to particle deposition, but also the investigation of the interaction between turbulent flow structures and the particulate fouling. It can be shown that the usage of spherical dimples as surface structures is not only the optimal choice from a thermo-hydraulic point of view, but also favors a substantial reduction of particulate fouling.