Bei der Energieerzeugung fallen in großem Maße heiße Abluftgase an. Mit Hilfe von Wärmetauschern und Verdampfern kann entweder die thermische Energie dieser Gase zurückgewonnen und/oder verhindert werden, dass Gase mit unzulässigen hohen Temperaturen die Umwelt belasten In einem Wärmetauscher wird über eine feste Trennwand hinweg thermische Energie von einem heißen Medium (Gas oder Flüssigkeit) zu einem kalten übertragen.

Um die Übertragung der totalen thermischen Energie zu verbessern sind die meisten Wärmetauscher mit Rippen ausgestattet. Für die verschiedensten Anwendungen gibt es entsprechende Wärmetauscher Geometrien.

Unabhängig von den unterschiedlichen Ausführungen gilt es bei der Entwicklung von Wärmetauschern einerseits die übertragene Wärmemenge zu maximieren und den Strömungswiderstand zu minimieren.

Der Strömungswiderstand drückt sich in einem Druckverlust über dem Wärmetauscher aus.

Maßgeblich verantwortlich für die Temperaturerhöhung und den Druckverlust sind die strömungsmechanischen Vorgänge in der Grenzschicht entlang der durch die Rippen geformten Strömungskanäle.

In der Geschwindigkeits-Grenzschicht steigt die lokale Geschwindigkeit von Null an der Wand zu einem bestimmten Wert. Der Geschwindigkeitsverlauf an der Wand bestimmt den Strömungs-widerstand. Äquivalent dazu bestimmt der Temperaturverlauf an der Wand in der thermischen Grenzschicht die übertragenen Wärmemenge. Da eine experimentelle Vermessung der Grenzschichten im Inneren des Wärmetauschers äußerst schwierig ist, basiert die Entwicklung von Wärmetauschern zur Zeit primär auf einem globalen experimentellen Ansatz. Das heißt, der Druckverlust und die Temperaturerhöhung über dem Wärmetauscher werden für die verschiedenen Betriebszustände vermessen. Informationen über die lokalen Strömungseffekte in den Grenzschichten können dabei nicht ermittelt werden.

Mit Hilfe von Strömungs-Simulationen kann jedoch versucht werden, einen tieferen Einblick über die inneren Vorgänge des Wärmetauschers zu erhalten.

Die folgenden zwei Abbildungen präsentieren die Geschwindigkeits- und die Temperaturverteilung in einem Querschnitt zwischen den Wärmetauscher-Rippen (blau = niedrige Werte, rot = hohe Werte).

Mit Hilfe dieser numerischen Resultate können Optimierungs-Potentiale gefunden und neue Formen von Wärmetauschern entwickelt werden.