Wärme - Lehrstuhl für Thermodynamik

2.2 Neue Untersuchungen zu Mischkonvektionsströmungen 19
für den Wärmeübergang keine allgemeingültigen Gebrauchsformeln
existieren, die ohne Einschränkungen angewendet werden können.
Die Geometrie, die Orientierung im Raum, das Strömungsregime, die
Beheizungsart spiegeln sich in den Gebrauchsformeln zur Berechnung
des Wärme- und Stoffüberganges wider und sind nur beschränkt anwendbar.
2.2.2 Wärmeübergang in vertikalen Krümmern
Der Einsatz von Wendeln oder Spiralen als Wärmetauscherkomponenten
ist in der Industrie weit verbreitet. Die Vorteile liegen in der
kompakten Bauweise, einem besseren Wärmeübergang und der Unempfindlichkeit
gegenüber Längenänderung durch Wärmedehnung.
Als Nachteil steht dem im Wesentlichen der höhere Druckverlust gegenüber.
Trotz zahlreicher Untersuchungen fehlen bis heute für die Auslegung
von Wärmetauscher und Rohrreaktoren unter Mischkonvektionsbedingungen
umfassende Berechnungsgleichungen, die die wichtigsten
Einflüsse bei Mischkonvektion berücksichtigen. Dies liegt an
den komplexen, physikalischen Vorgängen, die in Krümmern auftreten.
Daher wird zunächst die grundsätzliche Verhaltensweise von
Krümmerströmungen erläutert. Im Weiteren wird dann näher auf
den Einfluss des Wärme- und Stofftransports auf die Krümmerströmung
bei Mischkonvektion eingegangen.
2.2.2.1 Krümmerströmung ohne Wärmetransport
Zahlreiche, numerische und experimentelle Untersuchungen von Ito
[43] und Berger [10] trugen zur Aufklärung des Strömungsfeldes,
vor allem der Sekundärströmung, in gekrümmten Kanälen bei.
Die Untersuchungen von Humphrey et al. [41] an 90 ◦ -Krümmern
mit geraden Zu- und Ablaufstrecken bei laminaren Strömungen ergaben,
dass die sich im Krümmer verändernden Druckverhältnisse
bereits mehrere hydraulische Durchmesser vor dem Krümmereintritt