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Ich soll für eine Kälteanlage einen Wärmetauscher konstruieren bzw. Auslegen.
Bei dem Wärmetauscher handelt es sich um folgenden speziellen Aufbau:

http://img299.imageshack.us/img299/5340/83844783hv8.jpg

In der Shell bzw. im Kupferrohr mit einen Durchmesser von z.B. id = 12 mm werden mehrere Tubes in Form von Kapillarrohren (z.B. id = 1,5 mm) über ein Stützelement, die Mandrel, geführt.

http://img209.imageshack.us/img209/6238/25393309yo0.jpg

Die Anzahl der Tubes richtet sich nach dem erzeugten Massenstrom des Verdichters.

Anlagenschema:

http://img442.imageshack.us/img442/4596/61753494xh1.jpg

So nun zur eigentlichen Frage:

Da die Kälteanlage Temperaturen unter 85 k erreichen soll,  wird ein Gasgemisch aus 6 bis 7 Komponenten eingesetzt z.B.

Stickstoff 30 mol
Methan 23 mol
Ethan 17 mol
Propan 10 mol
Isobutan 20 mol

+

10 mol Helium

Aufgrund der komplexen Mehrphasenströmung, wo sich die Zusammensetzung Flüssigkeits- sowie Dampfgemischphase sich mit sinkender Temperaturen im Wärmetauscher ständig ändert. Ist es nun sehr komplex hier den Wärmeaustausch zu berechnen, um die Dimensionierung des Wärmetauschers festzulegen.

Gibt es hier überhaupt mittels CFD/FEM z.B. Fluent, Ansys brauchbare Ansätze bzw. Lösungen?
Oder ist man besser beraten gleich zur Praxis auszuweichen?

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Meiner Meinung nach diese Mehrphasenströmung lasse sich solven in Fluent oder in Ansys Flotran. Siehe die Fluent- oder FlotranDokumentation.
Am 85K He und N werden Gas und  die andere werden Flussigkeit.
Um 77K N wird flussig, aber bleib He Gas bis 4K.
Also sie haben jedersmal zwei Mischungsphase, und drei Temperaturräume für verschiedene Mischungen in der Phasen, aber nur zwei Phasen.
Diese kann man kuplen mit Temperaturkonduktions-, Strömungsgeschwindigkeits- und Strömungsdruckkalkul in Ansys Flotran oder Fluent.

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Sicher fragen Sie, was ist mit Schmelzpünkte. So wie so müssen sie die Druck so wählen das Solidphase nicht bekommt. In dieser Fall (Solid) haben Sie Kavitation und das ist Missfunktion.

iorga

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