Wärme - Lehrstuhl für Thermodynamik

2.2 Neue Untersuchungen zu Mischkonvektionsströmungen 25
Rolle, weil sowohl die Druckkräfte als auch die Zentrifugalkraft davon
unabhängig wirken. Hingegen müssen bei der Untersuchung von
Mischkonvektionsströmungen die Wirkungsrichtungen der Auftriebskraft,
der Zentrifugalkraft und der Druckkraft zueinander beachtet
werden. Die Ausrichtung des Krümmers im Raum, die Anordnung
der beheizten und stoffabgebenden Wände des Kanals und die Orientierung
des Einlaufs üben wesentliche Einflüsse auf das thermohydraulische
Verhalten der Strömung aus. Die Wirkungsrichtungen der
Auftriebskraft und der Zentrifugalkraft sind in horizontal und vertikal
ausgerichteten Krümmern völlig unterschiedlich und demzufolge
nicht vergleichbar.
In Anlehnung an die im Rahmen dieser Arbeit erzielten Ergebnisse
wurde die Literaturrecherche sinnvoll auf vertikal orientierte
Krümmerströmungen unter Mischkonvektionsbedingungen beschränkt.
Ergebnisse aus Untersuchungen zu vertikalen Krümmerströmungen
mit vertikalem Einlauf bei Mischkonvektion sind aus der
Literatur bisher nicht bekannt.
Numerisch betrachteten Chilukuri und Humphrey [23] eine stationäre,
laminare Mischkonvektionsströmung durch einen vertikalen
Krümmer mit quadratischem Querschnitt, um den Einfluss der
freien Konvektion auf eine Krümmerströmung herauszufinden. Es
wurden zwei Fälle untersucht, eine dem Auftrieb entgegengerichtete
Strömung und eine mit dem Auftrieb gerichtete Strömung. Nach
einer horizontalen Anlaufstrecke erfolgt eine 90 ◦ -Umlenkung in die
vertikale Ausströmstrecke. Die Berechnungen basierten auf den dreidimensionalen
Erhaltungsgleichungen für Masse, Impuls und Energie,
wobei die Auftriebseffekte unter Verwendung der Boussinesq-
Approximation berücksichtigt worden sind. Wirkt die Auftriebskraft
in Richtung der Hauptströmung, wird der Wärmeübergang verbessert.
Der in Abb. 7 dargestellte Verlauf der mittleren Nu-Zahl
im Krümmer zeigt einen besseren Wärmeübergang im Krümmer
bei gleichgerichteter Mischkonvektionsströmung im Vergleich zu entgegengesetzten
Mischkonvektionsströmungen. Die lokalen Nußelt-
Zahlen können allerdings Werte erreichen, die doppelt so groß im