51. Einflussgrößen und numerische Untersuchungen zum Druckverlust oszillierender Strömungen
- Author
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U. Sénéchal and T. Möller
- Subjects
Physics ,Gynecology ,medicine.medical_specialty ,General Engineering ,medicine - Abstract
Regenerative Gaskreisprozesse, wie z. B. der Stirlingmotor, sind geschlossene Maschinen, in denen ein Arbeitsgas durch Zylinder-Kolben Anordnungen Energie von einer Warmequelle zu einem kalteren Reservoir ubertragt. Die Kanale der Warmeubertrager werden hierbei oszillierend durchstromt und weisen damit, im Vergleich zu stationaren Stromungen, hinsichtlich des Warmeubergangs und der Stromungsdruckverluste ein grundsatzlich abweichendes Verhalten auf. In dem vorliegenden Beitrag wurden die Geschwindigkeit und der Druckverlust von oszillierenden Stromungen in Kanalen theoretisch und numerisch untersucht. Dabei sind sowohl kreisformige als auch rechteckige Kanale mit Reynolds-Zahlen im Bereich laminarer und turbulenter Stromungen betrachtet worden. Die numerische Simulation wurde in ANSYS-CFX realisiert und nutzt bewegte Gitter um die Volumenanderung der Kolben abzubilden. Die Ubereinstimmung zwischen analytischer Losung und numerischer Simulation fur den Fall niedriger Reynolds-Zahlen ist sehr gut. Wie erwartet zeigten sich deutliche Unterschiede zwischen der numerischen Simulation und der analytischen Losung bei hoheren Reynolds-Zahlen (turbulente Stromung), die aufgrund fehlender analytischer Gleichungen allerdings nicht validiert werden konnten. Durch Analyse und Auswertung der Einflussgrosen wurden dimensionslose Kennzahlen erhalten sowie ein halbempirischer Ansatz unter Verwendung komplexer Zahlen entwickelt, welcher die Zeitabhangigkeit des Druckverlustes approximiert. Die darin auftretenden Modellkoeffizienten konnen unter Zuhilfenahme der Ergebnisse der numerischen Simulationen bestimmt werden und erlauben eine Abschatzung des Druckverlustes ohne Verwendung zeitaufwandiger CFD-Berechnungen.
- Published
- 2015