Simulation von Rohrbündelschwingungen - Entwicklung eines fluid-struktur-gekoppelten Berechnungsverfahrens

Die Querströmung im Mantelraum von Rohrbündelwärmeübertragern verursacht Rohrschwingungen, die innerhalb weniger Stunden zum Apparateausfall oder zu Langzeitschäden führen können. Die Auslegungspraxis basiert immer noch auf halbempirischen Kriterien wie der Connors-Gleichung [1]. Die Folge sind überkonservative Konstruktionen [2], aber auch vereinzelte Schadensfälle [3]. Es wurde daher ein Strukturmodell für die Rohrbewegung weiterentwickelt und an das kommerzielle Strömungsprogramm ANSYS CFX gekoppelt. Versuchsnachrechnungen mit dem fluid-struktur-gekoppelten Gesamtverfahren ergeben zu hohe Rohramplituden, wenn nur wenige Gitterebenen entlang der Rohrlängsachsen und Standard-turbulenzmodelle verwendet werden. Trotz einer quasi zweidimensionalen Geometrie nähern sich die Simulationsergebnisse den Versuchsergebnissen um so mehr, je besser die Dreidimensionalität der Strömung erfasst wird. Eine weitere Verbesserung kann nachgewiesen werden, wenn das für die Turbulenzmodellierung verwendete Shear-Stress-Transport(SST)- Modell um ein Transitionsmodell für den Umschlag von laminarem zu turbulentem Verhalten erweitert wird.

Autor(en):
Reichel, C.; Strohmeier, K.

Der vollständige Beitrag ist erschienen in:
Technische Überwachung 1-2/2007, Seite 23-26
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