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Mikrostrukturierte Brennstab -Oberflächen

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017539D
Original Publication Date: 2001-Apr-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 2 page(s) / 30K

Publishing Venue

Siemens

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Josef Steven: AUTHOR

Abstract

Eine verbesserte Wärmeabfuhr kann im Allgemeinen durch die Erhöhung einer Wärmeaustauschfläche realisiert werden. Grob strukturierte Oberflächen erhöhen die Wärmeaustauschfläche. Oft führt eine solch aufgerauhte Oberfläche aber zum unerwünschten Anstieg des Strömungswiderstandes des Kühlmediums. Die hier vorgestellten mikrostrukturierten Oberflächen sind insbesondere für Brennstäbe in Nuklearreaktor-Brennelementen geeignet. Sie weisen nämlich eine erhöhte Wärmeaustauschfläche bei gleich bleibendem oder nur unwesentlich erhöhtem Strömungswiderstand auf. Bei gleichen Kühlbedingungen wie Temperatur, Druck und Strömungsgeschwindigkeit ist man in der Lage, zu der spezifischen Brennstab-Oberfläche den Wärmedurchgang bzw. Wärmestromdichte zu erhöhen. Durch entsprechende Gestaltung der Mikrostruktur soll die Grenzschicht zwischen ruhender Oberfläche und strömendem Medium reduziert werden, um die Wärmeübertragung zu verbessern.

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Energie

Mikrostrukturierte Brennstab - Oberflächen

Idee: Josef Steven, Erlangen

Eine verbesserte Wärmeabfuhr kann im Allgemeinen durch die Erhöhung einerWärmeaustauschfläche realisiert werden. Grob strukturierte Oberflächen erhöhen dieWärmeaustauschfläche. Oft führt eine solch aufgerauhte Oberfläche aber zum unerwünschtenAnstieg des Strömungswiderstandes des Kühlmediums.

Die hier vorgestellten mikrostrukturierten Oberflächen sind insbesondere für Brennstäbe inNuklearreaktor-Brennelementen geeignet. Sie weisen nämlich eine erhöhteWärmeaustauschfläche bei gleich bleibendem oder nur unwesentlich erhöhtemStrömungswiderstand auf. Bei gleichen Kühlbedingungen wie Temperatur, Druck undStrömungsgeschwindigkeit ist man in der Lage, zu der spezifischen Brennstab-Oberfläche denWärmedurchgang bzw. Wärmestromdichte zu erhöhen. Durch entsprechende Gestaltung derMikrostruktur soll die Grenzschicht zwischen ruhender Oberfläche und strömendem Mediumreduziert werden, um die Wärmeübertragung zu verbessern.

Als mögliche Ausführungsbeispiele werden folgende Geometrien vorgeschlagen: Rechteckrillen(Fig. 1), kalottenförmige Vertiefungen (Fig. 2), Mikrobohrungen senkrecht zur Strömungsrichtung(Fig. 3) und schräge Mikrobohrungen mit oder gegen die Strömungsrichtung (Fig. 4 und 5).

Fig. 1:� Rechteckrillen

Fig. 2:� Kalotten� � � � � � � � � Fig. 3:� senkrecht

Strömung

Strömung

Strömung

Siemens Technik Report

Jahrgang 4� Nr. 11� April 2001

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