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Thermofluiddynamische Grenzschichtprozesse bei hydrothermaler Nutzung von Fließgewässern

Gappisch, Jessika (2021):
Thermofluiddynamische Grenzschichtprozesse bei hydrothermaler Nutzung von Fließgewässern. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität, DOI: 10.26083/tuprints-00019282,
[Master Thesis]

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Item Type: Master Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Thermofluiddynamische Grenzschichtprozesse bei hydrothermaler Nutzung von Fließgewässern
Language: German
Abstract:

Fließgewässer bieten sich zur Nutzung ihrer Umweltwärme im Rahmen der Wärmebereitstellung durch Wärmepumpen an; denn zum einen hat Wasser eine hohe spezifische Wärmekapazität (etwa 4,2 kJ/(kg K)) und zum anderen wird durch das fließende Wasser dafür gesorgt, dass die Wärmequelle fortlaufend regeneriert. Der Einsatz eines Wärmeübertragers im Fließgewässer macht es möglich, die dortige Umweltwärme aufzunehmen und zur Wärmepumpe zu führen. Wie gut der Wärmeübergang am Wärmeübertrager vollzogen werden kann, hängt unter anderem davon ab, wie sich die laminare Grenzschicht an der Wandung des Wärmeübertragers entwickelt. Sie wirkt wie ein Wärmewiderstand, da hier die Wärme größtenteils über Wärmeleitung transportiert wird und kaum über die effektivere Variante der Konvektion, wie es in der turbulenten Strömung geschieht. Ziel dieser Arbeit ist es, die Entwicklung der Grenzschichten an einem Versuchsstand des Fachgebiets Wasserbau und Hydraulik an der Technischen Universität Darmstadt zu untersuchen. Dabei sollen die Einflüsse der Anströmgeschwindigkeit und der Spaltbreiten des Wärmeübertragers – welche beide die Grenzschichtentwicklung verändern – auf den Wärmeübergang analysiert wer-den. Ergänzend hierzu soll ein Bezug zum Strömungswiderstand bei einem breitenvariierenden Wärmeübertrager hergestellt werden. Im Anschluss wird geprüft, inwieweit sich das Softwarepaket OpenFOAM zur Abbildung von Wärmesenken in Fließgewässern eignet.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Running waters are suitable for the use of their environmental heat in the context of heat supply by heat pumps. On the one hand, this is because water has a high specific heat capacity (appr. 4.2 kJ/(kg K)). And on the other, since the water is flowing, it is ensured that the heat source regenerates continuously. The use of a heat exchanger in flowing water makes it possible to absorb the environmental heat there and lead it to the heat pump. To which extent heat can be transferred to a heat exchanger, it depends, inter alia, on how laminar boundary layers at the wall of a heat exchanger develop. They act like a thermal resistance, since in laminar flow, heat is largely transferred via heat conduction and hardly via the more effective variant of convection, as it happens in turbulent flow. The aim of this work is to investigate the development of the boundary layers on a test rig at the Department for Water Construction and Hydraulics at the Technical University Darmstadt. The influences of the flow velocity and the slit width of the heat exchanger – which both change the boundary layer development – on the heat transfer are to be analysed. In addition to this, a relation of a widening heat exchanger to the flow resistance will be established. Afterwards, the suitability of the toolbox OpenFOAM for depicting heat sinks in flowing waters will be assessed.

English
Place of Publication: Darmstadt
Collation: XI, 155 Seiten
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institute of Hydraulic and Water Resources Engineering
13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institute of Hydraulic and Water Resources Engineering > Hydraulic Engineering
Date Deposited: 12 Aug 2021 08:11
Last Modified: 12 Aug 2021 08:12
DOI: 10.26083/tuprints-00019282
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-192829
Additional Information:

Thermofluiddynamik (thermofluid dynamics), Thermodynamik (thermodynamics), Wärmeentzugsleistung (heat extraction rate), Hydrodynamik (hydrodynamics), Strömungswiderstand (flow resistance), Grenzschichten (boundary layers), Numerische Modellierung (numerical modeling), OpenFOAM

Referees: Lehmann, Prof. Dr. Boris
Refereed: 2020
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/19282
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