Strömungsleitelemente

Verfahrenstechnische Anlagen werden in der Regel aus mehreren in Reihe oder parallel geschalten Apparaten aufgebaut.

Im Apparatebau werden die einzelnen Apparate so ausgelegt, dass physikalische bzw. chemische Vorgänge möglichst kontrolliert ablaufen. Die konstruktive Auslegung bzw. geometrische Gestaltung der Apparate beeinflusst auch die Produktqualität, den Energieverbrauch und den Prozesswirkungsgrad einer verfahrenstechnischen Anlage.

Die konstruktiven und geometrischen Freiheiten des Konstrukteurs werden wesentlich durch fertigungstechnische Einschränkungen und die Kosten begrenzt.

Die neuen 3D-Druckverfahren besonders der 3D-Metalldruck (SLM-Fertigung) erlauben neue geometrische Gestaltungsmöglichkeiten. Besonders in der Strömungsführung können komplexe Strömungskanäle mit Hilfe der 3D-Drucktechnik realisiert werden. Strömungsfelder und Temperaturfelder können so gezielt gesteuert oder sogar programmiert eingestellt werden. Damit ergeben sich neue Prozessführungsstrategien, die bisher durch fertigungstechnische Einschränkungen zu aufwendig oder zu teuer waren.

Am KIT-IMVT wurden Strömungsleitelemente für einen Strömungskanal entwickelt, um z.B. den Wärmeübergang zwischen einer Fluidströmung und der umgebenden Kanalwand zu verbessern. Mit Hilfe der Wärmeleitungstheorie wird das Temperatur- und Strömungsfeld über die geometrische Form der Strömungsleitelemente so eingestellt, dass der Wärmeübergang an der Kanalwand im Vergleich zum Kanal ohne Strömungsleitelemente deutlich verbessert wird. Im Versuch konnte nachgewiesen werden, das ein 1m langer Rohr in Rohr Wärmeübertrager mit Strömungsleitelementen etwa vergleichbar ist mit einem 10m langen Rohr in Rohr Wärmeübertrager ohne Strömungsleitelemente (Gleiche Rohrdurchmesser). 

Auswahl von dünnwandigen Strömunsleitelementen

Sie können sehr schnell und kostengünstig mit Hilfe der SLM-Fertigung als Metallbauteile hergestellt werden.

Pulverschichthöhe 30-50 µm, Wandstärke 100-200 µm

Strömungsleitelemente (SLE):

Geometrie bzw. geometrischer Aufbau

Anwendungsbeispiel: Gleichstromwärmeübertrager

Ausblick