View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

5 Modellierung und Simulation der Anlagenteilkomponenten
verbleibenden Unterschiede könnten Wärmeleitungseffekte, beispielsweise über die in Bild 5.5
gezeigten massiven Anschlussflansche, verantwortlich sein. In demselben Bild wird auch deutlich,
dass die verwendeten Thermoelemente in einigem Abstand zu den Austrittsflanschen des
Wärmeübertragers angebracht sind, wodurch sich Verzerrungen im gemessenen Temperatumiveau
ergeben können. Wie zusätzliche Untersuchungen ergeben, hat auch die Positionierung
der Thermoelemente innerhalb der Rohrleitung einen deutlichen Einfluss auf die Temperaturmessung.
Weicht die Position des Thermoelements nur geringfügig von der Kanalmitte ab, können
sich leicht Temperaturunterschiede von 10 bis 20 oe ergeben. Zieht man zusätzlich die relative
Messungenauigkeit der verwendeten Massendurchflussregler von rund 2 % in Betracht,
so liegen die Abweichungen zwischen Modellergebnissen und Messwerten in der Größenordnung
der zu erwartenden Messunsicherheiten.
5.1.4 Simulationsergebnisse
Mit dem validierten Simulationsmodell ist es möglich, den Wärmeübertrager über den gesamten
Einsatzbereich zu charakterisieren. Bild 5.8 verdeutlicht, wie der Wärmedurchgangskoeffizient k
mit sinkender Reynolds-Zahl abfällt. Eine Reynolds-Zahl von 400 entspricht in der vorliegenden
Anwendung als Luftvorwärmer ungefähr der Durchströmung bei Nennlastbetrieb. Der Wärmedurchgangskoeffizient
fällt zunächst bei einer geringeren Durchströmung, bis er bei sehr kleinen
Reynolds-Zahlen auf einem konstanten Niveau stagniert. In diesem Bereich stellt sich im Plattenwärmeübertrager
eine vollständig laminare Strömung und ein konstanter Wert für die Nußelt­
Zahl ein.
60~----~----~----~----'-----'-----'-----'-----~
50
q 40
C\J
.€ 30
3:
~20
10
-------
---
--
°0L-----5LO-----1~OO-----1~50-----2~OO-----2~~----~300~--~3~~~---400~
Bild 5.8: Wärmedurchgangskoeffizient in Abhängigkeit der Reynolds-Zahl.
Der Einfluss des Abgastemperatumiveaus auf die Austrittstemperaturen ist in Bild 5.9 für drei
unterschiedliche Fälle dargestellt. Im Gegensatz zu den begrenzten Möglichkeiten des Teststandes
lässt das Simulationsmodell zu, das thermische Verhalten des Wärmeübertragers mit
einer realistischen Abgaszusammensetzung entsprechend Tabelle 5.1 nachzubilden. Der in der
Darstellung zuvor beobachtete Effekt, dass sich bei Verringerung der Durchströmung ein überproportional
guter Wärmedurchgang einstellt, zeigt sich auch hier: Bei niedrigen Massenströmen
führt ein überdurchschnittlich guter Wärmeübergang zu höheren Austrittstemperaturen auf
der Luftseite.
Re
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