ENERGIE- UND UMWELTECHNIK

Klärbecken

Hier ein Beispiel aus einem öffentlichen Projekt: Ein Klärbecken für Selbstreinigung von Schmutzwasser auf den Autobahnen. Geklärt werden sollte die Frage, ob und wie es möglich ist, ein Klärbecken so zu konzipieren, dass sich eine automatische Selbstreinigung einstellt und diese auch noch quantifizierbar ist. Hintergrund dieser Fragestellung ist der, dass geplant ist bei Autobahnneubauten die bei Regen oder Unwetter auftretende Ausspülung des Fahrbahnschmutzes (Gummi, Öl, Schadstoffe) in die umgebende Landschaft zu verhindern. Dazu soll dieses Wasser kontrolliert in neuartige Retentionsbecken geleitet werden, die eben dieses Wasser definiert sedimentieren und somit reinigen können. Diese Becken, da sie klein und zahlreich sind, können nicht mit aufwendiger Klärtechnik versehen, geschweige denn manuell gewartet werden. Daher muss die Beckenform allein gewährleisten, dass eine beruhigte Gleichverteilung des eingebrachten Schmutzwassers erreicht wird, dessen Sedimentationsvermögen nicht durch turbulente Rückmischung oder starke Strömungsgradienten im Becken gestört ist.

Simulation des Eingangsbauwerks zur Erhöhung der Sedimentationsleistung

Mittels Strömungssimulation ist es gelungen, eine Beckenform zu entwickeln, welche in der Lage ist die einfallende Strömung auf die gesamte Beckenbreite und zugleich gleicher Geschwindigkeit zu verteilen. Großräumige Wirbel und vertikale Gradienten gibt es nicht. Ein ungestörtes Sedimentationsverhalten ist gewährleistet.

Wärmetauscher

Um eine möglichst effiziente Leistung des Wärmetauschers zu garantieren, ist es wichtig Wärmeübertragung, Druckverlust sowie den Strömungsverlauf im Inneren zu kennen. Zwar lassen sich durch Messungen Fließgeschwindigkeit und Druck der Strömung bestimmen, jedoch liefert eine Messung immer nur punktuelle Daten und besonders bei innovativen Formen kann nicht auf das gesamte Strömungsverhalten rückgeschlossen werden.

Simulation eines Wärmetauschers zur Erhöhung der Tauscherleistung

CFD-Simulationen bieten die Möglichkeit den Strömungsverlauf unter Berücksichtigung verschiedener Aspekte, wie Wärmeabgabe, Druckverlust, Turbulenzen, etc. ganzheitlich darzustellen. So können durch ein generiertes Modell mögliche Schwachstellen bei neuen Produktideen schon vor der Produktion gefunden und vermieden werden. Verschiedene Werkstoffe und Geometrien können einfach variiert und der Wärmetauscher kann virtuell optimiert werden.

Zu-und Ablaufheader für Thermische Solaranlagen

Dieses Beispiel zeigt eine Verteilung auf ein flächiges System über Zu- und Ablaufheader, die typisch für thermische Solarkollektoren, Wärmetauscher, Heiz- oder Kühlsysteme, Trocknungsanlagen und Entkeimer ist. Solche Systeme sind in der Regel dann am effizientesten, wenn die Strömung und die sich dadurch einstellenden Temperaturen möglichst gleichmäßig sind.

Simulation eines Plattenabsorbers um die Gleichverteilung zu gewährleisten

Eine Strömungssimulation zeigt wiederum eklatant Erstaunliches: Die Strömung ist mitnichten gleichmäßig (Bild 2). Im Gegenteil, es bilden sich erhebliche Unterschiede heraus, welche die Funktion des – beispielsweise – Solarkollektors gewaltig beeinflussen, und dies bleibt so auch bei verschiedenen Anströmgeschwindigkeiten.

Solarabsorber-Röhre

Nicht nur eine gleichverteilte Zuführung ist für die Effizienz des Solarabsorbers entscheidend. Auch die Strömungsverhältnisse in den einzelnen Kanälen spielen eine wichtige Rolle. Durch innovative Geometrien werden Turbulenzen erreicht und durch das Fehlen einer Grenzschicht kann eine höhere Leistung erreicht werden. Dazu ist es allerdings nötig die Strömungsverhältnisse genau zu kennen, da selbstverständlich auch andere Faktoren wie Druckverlust und Fließgeschwindigkeit einbezogen werden müssen.

Varianten-Studie für Solarabsorberröhren