Modellierung des Wärmeübergangs bei nicht ausgebildeter, oszillierender Strömung am Beispiel der Wärmetauscher regenerativer Gaskreisprozesse

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung des Wärmeübergangs in Wärmetauschern regenerativer Gaskreisprozesse unter speziellen Randbedingungen wie oszillierender Durchströmung sowie periodischer Kompression und Expansion. Dabei sollte die Praxis üblicher Simulationsmodelle überprüft und gegebenenfalls durch neue, angepasste Wärmeübergangskorrelationen ersetzt werden. Erste analytische Überlegungen zur laminaren oszillierenden Strömung zeigten die Grenzen der Übertragbarkeit stationärer Wärmeübergangsdefinitionen und führten zu einer verallgemeinerten Beschreibung des Wärmeübergangs und axialen Enthalpietransports. Der Einfluss der periodischen Kompression und Expansion wurde ebenfalls untersucht. Im Fokus stand die Modellierung der zweidimensionalen Strömungs- und Temperaturfelder in axialsymmetrischen Rohr- und ebenen Spaltströmungen. Diese Modellierung erlaubte die Berücksichtigung von Eintrittseffekten, die den Wärmeübergang in kurzen Wärmetauschern signifikant beeinflussen. Die Untersuchungen zeigten erhebliche Abweichungen von quasi-stationären Berechnungen und einen deutlichen Einfluss der Oszillationsfrequenz. Die Ergebnisse wurden in neu entwickelten Wärmeübergangskorrelationen für laminare und turbulente oszillierende Durchströmungen zusammengefasst. Abschließend wurden diese Korrelationen in ein Simulationsprogramm implementiert, um experimentelle Daten einer Vuilleumier-Wärmepumpe zu vergleichen. Die entwick