In vielen Öl, Gas, pertrochemischen und Offshore Anlagen sind Wärmetauscher eine der wichtigsten Komponenten. Bei Wärmetauschern kommt es darauf an auf möglichst kleinem Raum die Wärmeübertragung zwischen den beiden Fluiden zu maximieren und den Druckverlust zum Transport der Fluide durch den Wärmetauscher zu minimieren. Zusätzlich gibt es noch weitere Anforderungen wie Korrosions- oder chemische Widerstandsfähigkeit des Wärmetauschermaterials und „Fouling“, welches das Verkleben oder Verstopfen der Strömungskanäle beschreibt.

Um alle oben genannten Anforderungen bei der Entwicklung von Wärmetauschern zu erfüllen, ist ein hohes Maß strömungs- und wärmetechnischer Expertise von Nöten. Aus diesem Grund wurde FlowMotion beauftragt, die Strömungsmechanik verschiedener Helix Wärmetauscherrohre sowohl experimentell, als auch mit Hilfe von Strömungssimulationen (CFD Computational Fluid Dynamics) zu untersuchen. Innerhalb dieses Projektes sollte vor allem gezeigt werden, wie genau die Simulation die Wärmeübertragung und den Druckverlust berechnen kann.

Um Experimente und Simulationen mit einander vergleichen zu können, müssen sowohl die exakt gleichen Strömungs- und Wärmebedingungen (z.B. konstanter Volumenstrom, konstante Wandtemperatur, Geschwindigkeits- und Temperaturprofil am Eintritt, etc.) realisiert, sowie die exakt gleichen Größen (z.B. gemittelter Druckverluste, lokale und Massen gemittelte Temperaturen am Austritt, etc.) vermessen werden. Diese vermeintlich einfachen Voraussetzungen konnten nur mit einem außerordentlich großen experimentellen Aufwand erreicht werden. Deshalb wurde ein mehrere Meter langer Versuchsstand gebaut.

Auch bei den Strömungs-Simulationen mussten eine Reihe von Hürden genommen werden. Dies lag zum Einen an der Rotation der Strömung, die sich in Helix Rohren einstellt und nicht durch standard numerische Methoden abgebildet werden kann und zum Zweiten mussten alle Strömunggrößen (z.B. Dichte, Vsikisität, etc.) als temperaturabhängig betrachtet werden. Außerdem zeigt die obligatorische Rechengitteranalyse, dass nur ein extrem feines Gitter zu genauen Ergebnisse führt. Die Lösung dieser Probleme war ein selbst entwickeltes Berechnungsverfahren, in dem das gesamte Rohr in einzelne Segment unterteilt wurde.

Am Ende dieses mehrmonatigen Projektes konnte sowohl für gemittelte, als auch für lokale Strömungsgrößen eine sehr hohe Übereinstimmung Messergebnisse und der Resultate der Strömungssimulationen erreicht werden. Die Ergebnisse wurden im Detail auf dem „9th European Congress of Chemical Engineering“ einem sehr interessierten Publikum vorgestellt.