Warmtewisselaars zijn een cruciaal onderdeel in veel olie-, gas-, petrochemische en offshore-installaties. De sleutel tot een succesvolle warmtewisselaar is het maximaliseren van de warmteoverdracht tussen de twee vloeistoffen binnen een minimale afmeting en het minimaliseren van drukverlies tijdens het vloeistoftransport. Aanvullende eisen zijn onder andere de corrosie- en chemische bestendigheid van het warmtewisselaarmateriaal en het voorkomen van vervuiling, oftewel de ophoping of verstopping van de stroomkanalen.

Om aan alle bovengenoemde eisen bij de ontwikkeling van warmtewisselaars te voldoen, is een hoge mate van expertise in vloeistofdynamica en warmteoverdracht essentieel. Daarom kreeg FlowMotion de opdracht om de vloeistofmechanica van verschillende spiraalvormige warmtewisselaarbuizen zowel experimenteel als met behulp van computervloeistofdynamica (CFD)-simulaties te onderzoeken. Het primaire doel van dit project was om de nauwkeurigheid aan te tonen waarmee simulaties warmteoverdracht en drukverlies kunnen berekenen.

Om experimenten en simulaties te vergelijken, is het essentieel om exact dezelfde stromings- en thermische omstandigheden te implementeren (bijv. constante volumestroom, constante wandtemperatuur, snelheids- en temperatuurprofiel bij de inlaat, enz.) en exact dezelfde parameters te meten (bijv. gemiddelde drukverliezen, lokale en massa-gemiddelde temperaturen bij de uitlaat, enz.). Aan deze ogenschijnlijk eenvoudige eisen kon alleen worden voldaan met een uitzonderlijk grote experimentele inspanning. Daarom werd een testopstelling van enkele meters lang gebouwd.

Ook bij de stromingssimulaties moesten verschillende obstakels worden overwonnen. Dit kwam ten eerste door de rotatie van de stroming, die optreedt in spiraalvormige buizen en niet kan worden gemodelleerd met standaard numerieke methoden. Ten tweede moesten alle stromingsparameters (bijv. dichtheid, viscositeit, enz.) als temperatuurafhankelijk worden beschouwd. Bovendien bleek uit de verplichte analyse van het rekenrooster dat alleen een extreem fijn rooster nauwkeurige resultaten opleverde. De oplossing voor deze problemen was een speciaal ontwikkelde rekenmethode waarbij de gehele buis werd opgedeeld in afzonderlijke segmenten.

Aan het eind van dit maandenlange project werd een zeer hoge mate van overeenstemming bereikt tussen de meetresultaten en de resultaten van de stroomsimulatie, zowel voor de gemiddelde als voor de lokale stroomvariabelen. De resultaten werden uitgebreid gepresenteerd aan een zeer geïnteresseerd publiek tijdens het 9e Europese Congres voor Chemische Technologie.