Bionische W\u00e4rmetauscherstrukturen – “FracTherm”<\/p>\n
W\u00e4rmetauscher stellen wichtige Komponenten technischer Systeme sowohl bei der Nutzung fossiler als auch erneuerbarer Energietr\u00e4ger dar. Dazu z\u00e4hlen auch Sonnenkollektoren, in denen die Solarstrahlung absorbiert und an das W\u00e4rmetr\u00e4germedium abgegeben wird. Die Energieeffizienz eines solchen W\u00e4rmetauschers wird einerseits durch die thermische Effizienz (\u00dcbertragung auf das Fluid) als auch andererseits durch die zur Durchstr\u00f6mung ben\u00f6tigte hydraulische Leistung (prim\u00e4renergetisch bewertet) bestimmt. Dabei kann die Steigerung der thermischen Effizienz auch zu einer erh\u00f6hten Beadrf an hydraulischer Leistung f\u00fchren, so dass sich hieraus ein Optimierungsproblem ergibt.In konventionellen W\u00e4rmetauschern sind die Str\u00f6mungskan\u00e4le \u00fcblicherweise seriell (M\u00e4ander- oder Serpentinenabsorber) oder parallel (Harfenabsorber) angeordnet. Nat\u00fcrliche Konstruktionen dagegen – z. B. Blutbahnen – weisen meist mehrfach verzweigte Strukturen (“Fraktale”) auf. Dem Promotionsvorhaben lag die Idee zugrunde, diese Strukturen auf die Technik zu \u00fcbertragen (bionischer Ansatz) und mit den konventionellen Bauarten zu vergleichen.Zu Beginn wurde ein Algorithmus entwickelt, der in der Lage ist, auf einer vorgegebenen Fl\u00e4che mit Fluidein- und -austritt ein mehrfache verzweigtes Hydrauliknetzwerk zu erzeugen. Dieser inzwischen patentierte Algorithmus bildet die Basis des Programms “FracTherm”, mit dem es auch m\u00f6glich ist, den Druckverlauf sowie die Volumenstromverteilung (und damit die ben\u00f6tigte hydraulische Leistung) im fraktalen Hydrauliknetzwerk zu berechnen. Unter Verwendung dieser Ergebnisse kann anschlie\u00dfend der so genannte Kollektorwirkungsgradfaktor F’ ermittelt werden, der ein in der Solartechnik \u00fcbliches Ma\u00df zur Beurteilung der thermischen Effizienz darstellt. Mit Hilfe des so genannten Rollbond-Verfahrens wurden Testabsorber (0,59 m x 1 m) unterschiedlicher Kanalgeometrie (M\u00e4ander-, Harfen- und FracTherm-Absorber) aus Aluminium gefertigt und hinsichtlich Durchstr\u00f6mung (mittels Thermografie), Druckverlust und thermischer Effizienz (durch Messungen im Solarsimulator des Fraunhofer ISE) miteinander verglichen. Der FracTherm-Absorber zeigte eine gleichm\u00e4\u00dfigere Durchstr\u00f6mung und bei hohen Massenstr\u00f6men einen deutlich reduzierten Druckverlust gegen\u00fcber dem Harfenabsorber. Die thermische Effizienz war bei allen Varianten aufgrund geringer Kanalabst\u00e4nde sehr hoch. Mit Hilfe qualitativer Str\u00f6mungsversuche mit Tinte und CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics) wurden innerhalb der Arbeit auch Str\u00f6mungsph\u00e4nomene an Verzweigungen untersucht.Die Dissertation wurde im Internet unter folgender Adresse ver\u00f6ffentlicht:http:\/\/www.ubka.uni-karlsruhe.de\/cgi-bin\/psview?document=2005\/maschinenbau\/31<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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