Wärme - Lehrstuhl für Thermodynamik

2.2 Neue Untersuchungen zu Mischkonvektionsströmungen 21
dem Hauptwirbelpaar noch ein oder mehrere Paare entgegengesetzt
drehender Wirbel hinzukommen, die in der Nähe der
konkaven Außenwand auftreten. Beobachtet wurden derartige
Sekundärströmungen beim Überschreiten der kritischen Dean-
Zahl.
Für eine Dean-Zahl von De < 130 wurde durch Cheng und Akiyama
[19] ein entgegengesetzt drehendes Wirbelpaar gefunden. Bei numerischen
Untersuchungen von Krümmerströmungen mit quadratischen
Querschnitt fanden Josephet al. [46] und Cheng et al. [20]
heraus, dass bei Überschreitung der Dean-Zahl
De = Re
0, 5DH
RKr
(17)
über einen bestimmten Wert ein zusätzliches Wirbelpaar an der konkaven
Wand in Erscheinung tritt. Experimentell wurde dies erstmals
durch Cheng et al. [21] anhand von Photographien der vier
Wirbel im Strömungsquerschnitt bestätigt. Die experimentellen Untersuchungen
von Sugiyama et al. [71] einer sich entwickelnden
Krümmerströmung bestätigten ebenso das Auftreten spiralförmiger
Wirbelpaare wie bei Rohrkrümmern.
2.2.2.2 Wärmeübergang ohne Auftrieb in gekrümmten
Kanälen
In der Literatur gibt es zahlreiche experimentelle und theoretische
Untersuchungen zum Wärmeübergang bei Krümmerströmungen, bei
denen die Überlagerung durch freie Konvektion vernachlässigt wird.
Allen Arbeiten ist gemeinsam, dass der mittlere Wärmeübergangskoeffizient
bei Krümmern größer ist, als bei geraden Kanälen unter
vergleichbaren Strömungsbedingungen. Die sich in Krümmern ausbildende
Sekundärströmung, beschrieben in Kap. 2.2.2.1, bewirkt eine
konvektive Quervermischung des strömenden Fluids, was zu einer
Verbesserung des Wärmeübergangs über den gesamten Umfang
führt. Die Verbesserung des Wärmeübergangs nimmt mit abnehmendem
Krümmungsverhältnis ( 2RKr)zu.DerWärmeübergang
ist an der
H