In einer neuen Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Scientific Reports, untersuchten Wissenschaftler den Einsatz von perforierten ringförmigen Einlagen zur Verbesserung des Wärmeübergangs in wassergekühlten Rohren. Durch die Kombination von CFD-Analysen und experimentellen Tests zeigte das Team, dass eine optimierte Geometrie der Elemente den thermo-hydraulischen Leistungsfaktor (THPF) um 77,1 % steigern konnte. Die Autoren betonen, dass die entwickelte passive Methode besonders vielversprechend für die effiziente Kühlung von Absorberrohren in photovoltaisch-thermischen (PVT) Systemen ist.
Die Arbeit wurde unter der Leitung von Rasha Abdulrazzaq Jasim, Adnan Ibrahim und Mohammad Alkhader durchgeführt. In dem am 5. September 2026 erschienenen Artikel wird beschrieben, wie die Einlagen die Strömungsstruktur im Rohr verändern, den konvektiven Wärmeübergang verstärken und dabei akzeptable hydraulische Verluste beibehalten. Die Forschenden variierten die Parameter, um die optimale Kombination zu finden:
- Form der Öffnungen
- Anzahl der Öffnungen pro Ring
- Innendurchmesser
- Anzahl der Ringe
Die CFD-Berechnungen wurden bei konstantem Wärmestrom von 1000 W/m² und Reynolds-Zahlen von 897 bis 6505 durchgeführt. Die besten Werte zeigte folgende Konfiguration:
- 🔹 sechs runde Öffnungen pro Ring
- 🔹 Innendurchmesser 7,1 mm
- 🔹 fünf Ringe
Ein physischer Prototyp dieser Konstruktion wurde gefertigt und am Prüfstand getestet; die Abweichung zwischen numerischen und experimentellen Daten überschritt ±3 % nicht.
Das Ergebnis ist vor allem wegen der umfassenden Bewertung des THPF wichtig, der nicht nur den Zuwachs der Wärmeabgabe, sondern auch den Anstieg des hydraulischen Widerstands berücksichtigt. Dieser Ansatz ermöglicht es, die Wärmeübertragungseffizienz in Absorberrohren von PVT-Systemen zu erhöhen, ohne den Energieaufwand für die Umwälzung des Wärmeträgers wesentlich zu steigern.