Ein Idealgasmodell zur Berechnung von Ranque-Hilsch-Rohren: Fid-Bau Portal

Ein Idealgasmodell zur Berechnung von Ranque-Hilsch-Rohren

Mischner, J. / Bespalov, V.I.

Ranque-Hilsch-Rohre kommen als Baugruppen von Wirbelrohranlagen in der Gasversorgungstechnik zunehmend zum Einsatz. Ihr Funktionsprinzip und eine darauf aufbauende Theorie sind jedoch wenig bekannt und erforscht. Die im Beitrag entwickelte quantitative und qualitative Beschreibung der Energietrennung im Wirbelrohr (Prozessmodell auf der Basis des "Separationsansatzes") enthält alle im Zusammenhang mit dem Rossby-Zahl-Konzept für die gasdynamische Berechnung wesentlichen phänomenologischen Merkmale des Ranque-Hilsch-Effektes (wie typische Temperaturverläufe, Abhängigkeiten des Separationseffektes von den Eingangsparametern etc.). Die gasdynamischen Prozessgrößen sind über die Rossby-Zahl mit den geometrischen Charakteristika des Wirbelrohres verknüpft. Es liegt damit ein erster Vorschlag zur Berechnung von Wirbelrohren vor, der ohne fundamentale empirische Annahmen die physikalischen Befunde in sich konsistent abbildet und die gas- und thermodynamischen Prozessgrößen sowie geometrischen Grundparameter des Wirbelrohrapparates aufeinander aufbauend ableitet. Das vorgestellte Idealgasmodell kann ohne prinzipielle Schwierigkeiten auf reale Gase übertragen werden. Die Bemessung von Ranque-Hilsch-Rohren wird anhand eines Idealgasmodells ausführlich erläutert. Der entsprechende Algorithmus wurde in einem Mathcad-Arbeitsblatt rechentechnisch umgesetzt und hat sich bereits bewährt.