Nadler, M: Verfahren zur Ermittlung der instationären thermi

Fluideintrittstemperaturen beschrieben werden, hinsichtlich der für sie zu erwartenden Lebensdauer zu beurteilen. Es werden mit Hilfe von 3D-Strömungssimulationsprogrammen stationäre Analysen vorgestellt, die unter paralleler Berechnung der örtlichen Temperaturen beider Fluidseiten und der stoffdichten Wand dreidimensionale Temperaturverteilungen liefern, welche auf ein entsprechendes strukturmechanisches Berechnungsmodell übertragen werden können. Stationäre Spannungsanalysen zeigen ein vom Steifigkeitsverhältnis zwischen Rohrplatte und Mantel abhängiges Verformungsverhalten mit einer Biegebeanspruchung der Rohrplatte. Eine Erhöhung der Rohrplattenwanddicke führt zu einer Steigerung der mittleren Rohrplattentemperatur und gegebenenfalls auch zu einem ungünstigen Steifigkeitsverhältnis von Mantel und Rohrplatte, was die örtlich Spannungen erhöht bzw. die Lebensdauer verringert.Experimentelle Untersuchungen stützen die Zulässigkeit dieser Ergebnisse, indem mit Hilfe von Temperaturmessungen die Strömungsberechnungen verifiziert wurden. Die korrekt berechnete Lage eines Hot-Spot wurde im Versuch bestätigt.Berechnete und verifizierte Temperaturfelder aufeinanderfolgender Zeitpunkte werden auf die strukturmechanischen Modelle übertragen und führten zur Ermittlung von Spannungsfeldern zu verschiedenen Zeitpunkten. Die Gegenüberstellung der maximalen Vergleichsspannung aller Zeitpunkte zeigt an der Stelle des globalen Maximalwertes den für die Komponente kritischen Ort. Für diesen Ort wird aus dem zeitlichen Spannungsverlauf eine Spannungsschwingbreite ermittelt, die unter Anwendung des AD-Merkblattes S2 eine zulässige Zyklenzahl liefert, womit dann die Lebensdauer vorausgesagt werden kann.Um den Analyseprozess, ohne wesentliche Einschränkungen in der Genauigkeit, deutlich zu vereinfachen und zu beschleunigen, wurde ein neues Verfahren entwickelt, mit welchem die Beanspruchungsanalyse am Rohrboden eines Rohrbündelwärmeübertragers analytisch durchgeführt werden kann. Hierbei können die wesentlichen Effekte wie Rohrdehnung, inhomogene Temperaturverteilung und unsymmetrische Einströmung berücksichtigt werden. Das Verfahren beruht auf der Grundlage der Stufenkörpermethode, zur Modellbildung werden rotationssymmetrische Systeme verwendet. Analytische Gleichungen liefern bei Eingabe von Geometrie- und Betriebsparametern die Spannungsschwingbreiten, die zu einer Lebensdauervoraussage verwendet werden können.Im Vergleich der analytischen Ergebnisse mit hochaufgelösten Resultaten von 3D- Berechnungsmodellen könnte gezeigt werden, dass sich mit Hilfe der entwickelten Methode die Beanspruchung realitätsnah vorhersagen lässt.