{"id":4108,"date":"2025-07-01T07:51:11","date_gmt":"2025-07-01T05:51:11","guid":{"rendered":"https:\/\/ghetool.eu\/?post_type=knowledgebase&#038;p=4108"},"modified":"2025-10-24T07:01:08","modified_gmt":"2025-10-24T05:01:08","slug":"modellierung-des-turbokollektors","status":"publish","type":"knowledgebase","link":"https:\/\/ghetool.eu\/de_de\/knowledgebase\/modelling-the-turbocollector\/","title":{"rendered":"Modellierung des Turbokollektors"},"content":{"rendered":"<p>Ab heute ist der Turbokollektor von Muovitech in GHEtool Cloud erh\u00e4ltlich. In diesem Artikel werden wir das mathematische Modell hinter dem Turbokollektor beleuchten und das Konzept der Turbulenz im Allgemeinen erforschen, basierend auf einem k\u00fcrzlich erschienenen Artikel von Niklas Hidman.<\/p>\n<p><iframe title=\"Modellierung des Turbokollektors\" width=\"800\" height=\"450\" src=\"https:\/\/www.youtube.com\/embed\/X5ux2P8-RyI?feature=oembed\" frameborder=\"0\" allow=\"accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture; web-share\" referrerpolicy=\"strict-origin-when-cross-origin\" allowfullscreen><\/iframe><\/p>\n<h2>Turbokollektor<\/h2>\n<p>Der Turbokollektor ist ein von Muovitech entwickeltes Produkt. Im Gegensatz zu herk\u00f6mmlichen glatten Rohrinnenfl\u00e4chen weist der Turbokollektor mehrere kleine Rippen entlang seiner Innenfl\u00e4che auf. Diese Rippen sind abwechselnd im und gegen den Uhrzeigersinn \u00fcber die L\u00e4nge des Rohrs ausgerichtet. Als passive Turbulatoren sollen sie bei geringeren Str\u00f6mungsgeschwindigkeiten ein turbulentes Str\u00f6mungsverhalten hervorrufen und so die W\u00e4rme\u00fcbertragung verbessern. In normalen glatten Rohren beginnt der \u00dcbergang zur Turbulenz in der Regel bei einer Reynolds-Zahl von etwa 2300, doch bei der Innengeometrie des Turbokollektors setzt die Turbulenz bereits bei etwa Re = 1800 ein.<\/p>\n<figure id=\"attachment_4110\" aria-describedby=\"caption-attachment-4110\" style=\"width: 300px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img fetchpriority=\"high\" decoding=\"async\" class=\"size-medium wp-image-4110\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Turbocollector-300x300.png\" alt=\"Querschnitt durch den Turbokollektor von Muovitech.\" width=\"300\" height=\"300\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Turbocollector-300x300.png 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Turbocollector-150x150.png 150w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Turbocollector-12x12.png 12w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Turbocollector.png 334w\" sizes=\"(max-width: 300px) 100vw, 300px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-4110\" class=\"wp-caption-text\">Querschnitt durch den Turbokollektor von Muovitech.<\/figcaption><\/figure>\n<h2>Modell Entwicklung<\/h2>\n<p>Im Folgenden wird beschrieben, wie das mathematische Modell f\u00fcr den Turbokollektor entwickelt wurde - mit minimalem Einsatz von Mathematik. Zun\u00e4chst stellen wir das Konzept der numerischen Str\u00f6mungsmechanik (CFD) und die Herausforderungen bei der Modellierung turbulenter Str\u00f6mungen vor. Dann wenden wir uns den Simulationsergebnissen zu, die in der Arbeit von Hidman N. (2025) vorgestellt wurden, und untersuchen, was seine Ergebnisse \u00fcber den effektiven thermischen Widerstand des Bohrlochs und den Druckabfall im Zusammenhang mit dem Turbokollektor aussagen.<\/p>\n<blockquote><p><span style=\"color: #3366ff;\"><strong>!Hinweis<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #3366ff;\">Das im Folgenden beschriebene Modell basiert auf der Arbeit von Hidman N. (2025). W\u00e4hrend seine Originalarbeit sehr viel tiefer in die mathematischen und numerischen Details der Simulationen und der Korrelationsentwicklung eindringt, ist das Ziel dieses Artikels, ein umfassendes Verst\u00e4ndnis daf\u00fcr zu vermitteln, wie das Modell aufgebaut wurde. F\u00fcr diejenigen, die an den vollst\u00e4ndigen Details interessiert sind, ist die Originalver\u00f6ffentlichung verf\u00fcgbar <a style=\"text-decoration: underline; color: #3366ff;\" href=\"https:\/\/www.muovitech.com\/studies\/Thermohydraulic_performance_evaluation_250519.pdf\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">hier<\/a>.<\/span><\/p><\/blockquote>\n<h3>Was ist CFD?<\/h3>\n<p>CFD steht f\u00fcr Computational Fluid Dynamics (numerische Str\u00f6mungsmechanik) und ist heute einer der wichtigsten Bereiche im Ingenieurwesen. Es wird eingesetzt, um das Fl\u00fcssigkeitsverhalten in Chemieanlagen zu simulieren, die Form von Flugzeugfl\u00fcgeln zu optimieren, um den Auftrieb zu maximieren, die aerodynamische Leistung von Fahrzeugen zu bewerten, die Leistung von Windkraftanlagen vorherzusagen und vieles mehr. Wenn es um die Modellierung des thermohydraulischen Verhaltens des Turbokollektors geht, ist CFD die Methode der Wahl.<\/p>\n<figure id=\"attachment_4111\" aria-describedby=\"caption-attachment-4111\" style=\"width: 491px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img decoding=\"async\" class=\"wp-image-4111 size-full\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/CFD.png\" alt=\"CFD-Simulation eines Fl\u00fcgels. (Quelle: (Marten D., 2020)\" width=\"491\" height=\"235\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/CFD.png 491w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/CFD-300x144.png 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/CFD-18x9.png 18w\" sizes=\"(max-width: 491px) 100vw, 491px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-4111\" class=\"wp-caption-text\">CFD-Simulation eines Fl\u00fcgels. (Quelle: (Marten D., 2020))<\/figcaption><\/figure>\n<h3>Modellierung der Turbulenz<\/h3>\n<p>Obwohl CFD-Simulationen weit verbreitet sind, bleibt die genaue Modellierung von Turbulenzen eine gro\u00dfe Herausforderung. Turbulenzen (wie bereits in dem Artikel \u00fcber die Reynolds-Zahl er\u00f6rtert, den Sie hier finden\u00a0<a style=\"text-decoration: underline;\" href=\"https:\/\/ghetool.eu\/de_de\/wissensdatenbank\/was-ist-die-reynoldszahl\/\">hier<\/a>) ist ein h\u00f6chst chaotischer Zustand der Fl\u00fcssigkeitsbewegung, f\u00fcr den es keine analytische L\u00f6sung gibt. Der Grund daf\u00fcr ist, dass Turbulenzen auf verschiedenen zeitlichen und r\u00e4umlichen Ebenen auftreten. Wenn beispielsweise ein Flugzeug durch eine Wolke fliegt, kann man gro\u00dfe Wirbel beobachten - und innerhalb dieser Wirbel noch kleinere Wirbelstrukturen und so weiter. Um dieses turbulente Verhalten vollst\u00e4ndig zu erfassen, m\u00fcssen die Simulationen bis zur feinsten Aufl\u00f6sung aufgel\u00f6st werden.<\/p>\n<p>In der Literatur werden \u00fcblicherweise drei Hauptmodelle zur Simulation von Turbulenzen verwendet, die im Folgenden dargestellt werden:<\/p>\n<ul>\n<li><strong>RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) <\/strong>ist der schnellste, aber ungenaueste Ansatz. Wie in der Abbildung zu sehen ist, werden die feinskaligen Wirbel vollst\u00e4ndig gegl\u00e4ttet, so dass diese Methode f\u00fcr die Modellierung des Turbokollektors ungeeignet ist.<\/li>\n<li><strong>LES (Large Eddy Simulation)<\/strong> ist eine fortschrittlichere Methode, bei der zwischen gro\u00df- und kleinskaligen Turbulenzen unterschieden wird. Die gr\u00f6\u00dferen Wirbel werden direkt aufgel\u00f6st, w\u00e4hrend die kleinskalige Turbulenz modelliert wird. Dieser Ansatz bietet eine bessere Wiedergabetreue, da einige Str\u00f6mungsstrukturen sichtbar werden.<\/li>\n<li><strong>DNS (Direkte Numerische Simulation)<\/strong> ist die genaueste - aber auch die rechenintensivste - Methode, da sie die Str\u00f6mungsgleichungen numerisch in extrem kleinen Zeit- und Raumintervallen l\u00f6st. Die Abbildung zeigt deutlich, dass diese Methode die detaillierteste und realistischste Darstellung der Turbulenz liefert.<\/li>\n<\/ul>\n<figure id=\"attachment_4112\" aria-describedby=\"caption-attachment-4112\" style=\"width: 786px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img decoding=\"async\" class=\"wp-image-4112 size-full\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/DNS.png\" alt=\"Drei verschiedene Techniken der Turbulenzmodellierung. (Quelle: https:\/\/blog.diphyx.com\/comprehensive-guide-review-to-choosing-the-right-cfd-software-in-2023-features-performance-and-7ebc0623bfa6)\" width=\"786\" height=\"171\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/DNS.png 786w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/DNS-300x65.png 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/DNS-768x167.png 768w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/DNS-18x4.png 18w\" sizes=\"(max-width: 786px) 100vw, 786px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-4112\" class=\"wp-caption-text\">Drei verschiedene Techniken der Turbulenzmodellierung. (Quelle: https:\/\/blog.diphyx.com\/comprehensive-guide-review-to-choosing-the-right-cfd-software-in-2023-features-performance-and-7ebc0623bfa6)<\/figcaption><\/figure>\n<p>Um die Rippen im Inneren des Rohrs mit hoher Genauigkeit zu simulieren, wurde eine direkte numerische Simulation (DNS) durchgef\u00fchrt.<\/p>\n<blockquote><p><span style=\"color: #3366ff;\"><strong>!Hinweis<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #3366ff;\">Alle Fl\u00fcssigkeiten - ob Wasser, Luft oder andere - werden durch die Navier-Stokes-Gleichungen geregelt. Seit ihrer Formulierung ist es niemandem gelungen, eine allgemeine analytische L\u00f6sung f\u00fcr sie zu finden. Deshalb sind wir auf rechenintensive numerische Methoden wie DNS angewiesen. Die Bedeutung dieses Problems ist in der Physik so gro\u00df, dass ein Preis in H\u00f6he von einer Million Dollar f\u00fcr denjenigen ausgelobt wurde, der es l\u00f6sen kann. Weitere Informationen zu dieser Aufgabe finden Sie unter <a style=\"text-decoration: underline; color: #3366ff;\" href=\"https:\/\/www.claymath.org\/millennium\/navier-stokes-equation\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">hier<\/a>.<\/span><\/p><\/blockquote>\n<h3>Ergebnisse der Simulation<\/h3>\n<p>Niklas Hidman (2025) simulierte sowohl ein glattes Rohr als auch ein Turbokollektorrohr mit DNS. Die Ergebnisse f\u00fcr das glatte Rohr, die eher als Referenzszenario (oder zur Modellpr\u00fcfung) dienen, sind unten dargestellt.<\/p>\n<figure id=\"attachment_4114\" aria-describedby=\"caption-attachment-4114\" style=\"width: 869px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-4114 size-full\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/DNS-smooth.png\" alt=\"DNS-Simulation f\u00fcr das glatte Rohr. (Quelle: (Hidman N., 2025))\" width=\"869\" height=\"505\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/DNS-smooth.png 869w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/DNS-smooth-300x174.png 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/DNS-smooth-768x446.png 768w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/DNS-smooth-18x10.png 18w\" sizes=\"(max-width: 869px) 100vw, 869px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-4114\" class=\"wp-caption-text\">DNS-Simulation f\u00fcr das glatte Rohr. (Quelle: (Hidman N., 2025))<\/figcaption><\/figure>\n<p>Jede Simulation begann mit einer Reynoldszahl von 3300, um eine turbulente\/transiente Str\u00f6mung zu gew\u00e4hrleisten. Anschlie\u00dfend wurde die Str\u00f6mungsgeschwindigkeit in mehreren Schritten gesenkt, bis ein laminares Regime erreicht war. In der obigen Abbildung ist deutlich zu erkennen, dass das glatte Rohr f\u00fcr Re = 3300 eine homogene Farbe hat, was auf eine gute Durchmischung durch die Turbulenz hinweist. Die kleinen roten Bereiche am Rand sind einige Randeffekte, in denen die Str\u00f6mung laminar ist.<\/p>\n<p>Wenn die Str\u00f6mung bei Re = 2025 ist, sieht die Abbildung v\u00f6llig anders aus. Hier ist deutlich ein Temperaturunterschied zwischen den inneren und \u00e4u\u00dferen Fl\u00fcssigkeitsschichten zu erkennen, was auf ein eindeutig laminares Str\u00f6mungsverhalten hinweist. Dies stimmt mit dem \u00fcberein, was wir bereits f\u00fcr glatte Rohre wussten.<\/p>\n<p>Die Abbildung unten zeigt die gleiche Simulation f\u00fcr den Turbokollektor. F\u00fcr Re = 3300, wo die Str\u00f6mung ebenfalls turbulent ist, gilt das Gleiche wie f\u00fcr das glatte Rohr. Wenn die Durchflussmenge (und damit auch die Reynoldszahl) verringert wird, bleibt die Str\u00f6mung recht gut vermischt. Erst bei Re &lt; 1800 beginnt sich eine feste Grenzschicht zu bilden, weshalb Hidman N. (2025) zu dem Schluss kommt, dass die \u00dcbergangszone bei Re = 1800 beginnt, also deutlich vor dem \u00dcbergangsbereich des glatten Rohrs.<\/p>\n<figure id=\"attachment_4115\" aria-describedby=\"caption-attachment-4115\" style=\"width: 780px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-4115 size-full\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/DNS-turbo.png\" alt=\"DNS-Simulation f\u00fcr den Turbokollektor. (Quelle: (Hidman N., 2025))\" width=\"780\" height=\"515\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/DNS-turbo.png 780w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/DNS-turbo-300x198.png 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/DNS-turbo-768x507.png 768w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/DNS-turbo-18x12.png 18w\" sizes=\"(max-width: 780px) 100vw, 780px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-4115\" class=\"wp-caption-text\">DNS-Simulation f\u00fcr den Turbokollektor. (Quelle: (Hidman N., 2025))<\/figcaption><\/figure>\n<p>Ausgehend von den obigen Simulationsergebnissen k\u00f6nnen die folgenden Diagramme sowohl f\u00fcr den Reibungsfaktor als auch f\u00fcr die Nusselt-Zahl erstellt werden.<\/p>\n<blockquote><p><span style=\"color: #3366ff;\"><strong>!Hinweis<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #3366ff;\">Der Reibungsfaktor wird f\u00fcr die Berechnung des Druckabfalls verwendet (wie bereits erw\u00e4hnt <a style=\"text-decoration: underline; color: #3366ff;\" href=\"https:\/\/ghetool.eu\/de_de\/wissensdatenbank\/druckabfall\/\">hier<\/a>), wobei ein h\u00f6herer Reibungsfaktor zu einem gr\u00f6\u00dferen Druckabfall f\u00fchrt. Die Nusselt-Zahl ist eine dimensionslose Zahl, die das Verh\u00e4ltnis zwischen der konvektiven und der konduktiven W\u00e4rme\u00fcbertragungsrate der Fl\u00fcssigkeit darstellt. Vereinfacht ausgedr\u00fcckt bedeutet eine h\u00f6here Nusselt-Zahl eine bessere W\u00e4rme\u00fcbertragung an das Rohr und damit einen geringeren effektiven W\u00e4rmewiderstand des Bohrlochs (wie bereits erw\u00e4hnt <a style=\"text-decoration: underline;\" href=\"https:\/\/ghetool.eu\/de_de\/wissensdatenbank\/thermischer-widerstand-des-bohrlochs\/\">hier<\/a>).<\/span><\/p><\/blockquote>\n<figure id=\"attachment_4116\" aria-describedby=\"caption-attachment-4116\" style=\"width: 929px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-4116 size-full\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Simulation-results.png\" alt=\"DNS-Simulationsergebnisse sowohl f\u00fcr den Reibungsfaktor als auch f\u00fcr die Nusselt-Zahl. (Quelle: (Hidman N., 2025))\" width=\"929\" height=\"385\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Simulation-results.png 929w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Simulation-results-300x124.png 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Simulation-results-768x318.png 768w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Simulation-results-18x7.png 18w\" sizes=\"(max-width: 929px) 100vw, 929px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-4116\" class=\"wp-caption-text\">DNS-Simulationsergebnisse sowohl f\u00fcr den Reibungsfaktor (links) als auch f\u00fcr die Nusselt-Zahl (rechts). (Quelle: (Hidman N., 2025))<\/figcaption><\/figure>\n<p>F\u00fcr den Reibungsfaktor haben wir sowohl die analytische L\u00f6sung f\u00fcr die laminare Str\u00f6mung in einem glatten Rohr (die gestrichelte blaue Linie) als auch die Korrelation f\u00fcr die turbulente Str\u00f6mung (in gr\u00fcn). Sie sehen, dass das simulierte glatte Rohr (als \u2018Smooth DNS\u2019 bezeichnet) dem laminaren Reibungsfaktor folgt, w\u00e4hrend der Turbokollektor (als \u2018Alternating DNS\u2019 bezeichnet) bei Re = 1800 abweicht, weil die Str\u00f6mung instation\u00e4r wird.<\/p>\n<p>F\u00fcr die Nusselt-Zahl haben wir die Linie mit der laminaren L\u00f6sung, die konstant ist. Bei etwa Re = 3000 kann die Gnielinski-Korrelation zur Berechnung der Nusselt-Zahl f\u00fcr die turbulente Str\u00f6mung verwendet werden. Dazwischen wird typischerweise eine Interpolation f\u00fcr das glatte Rohr vorgenommen.<\/p>\n<p>Es ist zu erkennen, dass der Turbokollektor (mit Rauten gekennzeichnet) bei Re = 1800 von der glatt-laminaren L\u00f6sung abweicht, was auf einen besseren W\u00e4rme\u00fcbergang hinweist. Bei Re = 2300 stimmen die glatte und die Turbokollektor-L\u00f6sung wieder \u00fcberein.<\/p>\n<blockquote><p><span style=\"color: #3366ff;\"><strong>!Hinweis<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #3366ff;\">Beachten Sie, dass f\u00fcr die Nusselt-Zahl mehrere Simulationen mit unterschiedlichen Prandtl-Zahlen durchgef\u00fchrt wurden. Eine detaillierte Erl\u00e4uterung der Prandtl-Zahl w\u00fcrde den Rahmen dieses Artikels sprengen, aber sie variiert f\u00fcr geothermische Anwendungen typischerweise zwischen 20 und 75, abh\u00e4ngig von den Fl\u00fcssigkeitseigenschaften (z. B. Art des Frostschutzmittels) und der Fl\u00fcssigkeitstemperatur.<\/span><\/p><\/blockquote>\n<p>Die obigen Ergebnisse beziehen sich auf die rohen physikalischen Zahlen, die f\u00fcr die Berechnung des effektiven thermischen Widerstands des Bohrlochs und des Druckabfalls verwendet werden. Beide werden im Folgenden er\u00f6rtert.<\/p>\n<blockquote><p><span style=\"color: #3366ff;\"><strong>!Hinweis<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #3366ff;\">Hidman N. (2025) entwickelte auch Korrelationen f\u00fcr den Reibungsfaktor und die Nusselt-Zahl, die f\u00fcr die Implementierung in GHEtool verwendet werden. Der Leser wird f\u00fcr weitere Informationen auf die Originalarbeit verwiesen.<\/span><\/p><\/blockquote>\n<h3>Effektiver thermischer Widerstand des Bohrlochs<\/h3>\n<p>Das nachstehende Diagramm zeigt den effektiven thermischen Bohrlochwiderstand f\u00fcr eine Fl\u00fcssigkeit mit 25 v\/v% MPG bei 5\u00b0C f\u00fcr glatte und Turbokollektorrohre. Beginnen wir mit den Doppel-U-Rohren, so wird deutlich, dass im laminaren Bereich (&lt;0,2 l\/s) beide Rohre mehr oder weniger die gleiche Leistung erbringen, mit einem leichten Vorteil f\u00fcr den Turbokollektor. Der gr\u00f6\u00dfte Unterschied tritt auf, wenn der Turbokollektor bei etwa 0,21 l\/s turbulent wird, w\u00e4hrend das glatte Rohr bis 0,3 l\/s im laminaren Bereich bleibt, wonach auch der Widerstand deutlich abnimmt.<\/p>\n<p>Dieser Effekt l\u00e4sst sich dadurch erkl\u00e4ren, dass die Nusselt-Zahl bei Re = 1800 f\u00fcr den Turbokollektor ansteigt, w\u00e4hrend sie f\u00fcr das glatte Rohr konstant bleibt.<\/p>\n<p>Das gleiche Verhalten zeigt sich beim Einzelrohr, wo der gleiche Effekt auftritt, allerdings bei einem geringeren Durchfluss (was zu erwarten ist, da nun 100% des Durchflusses durch ein einziges Rohr flie\u00dfen). Hier ist der Bereich der Durchflussraten, in dem der Turbokollektor besser abschneidet als das glatte Rohr, kleiner.<\/p>\n<figure id=\"attachment_4337\" aria-describedby=\"caption-attachment-4337\" style=\"width: 640px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-4337 size-full\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/10\/Effective-borehole-thermal-resistance.png\" alt=\"Effektiver thermischer Bohrlochwiderstand f\u00fcr ein einfaches\/doppeltes Glatt- und Turbokollektorrohr unter Verwendung von MEG 25 v\/v%.\" width=\"640\" height=\"480\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/10\/Effective-borehole-thermal-resistance.png 640w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/10\/Effective-borehole-thermal-resistance-300x225.png 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/10\/Effective-borehole-thermal-resistance-16x12.png 16w\" sizes=\"(max-width: 640px) 100vw, 640px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-4337\" class=\"wp-caption-text\">Effektiver thermischer Bohrlochwiderstand f\u00fcr ein einfaches\/doppeltes Glatt- und Turbokollektorrohr unter Verwendung von MEG 25 v\/v%.<\/figcaption><\/figure>\n<p>Die Lage und Gr\u00f6\u00dfe des \u2018Fensters\u2019, in dem sich der Turbokollektor besser verh\u00e4lt als ein normales glattes Rohr, h\u00e4ngt von vielen Parametern ab, wie z. B. Art und Prozentsatz des Frostschutzmittels und Fl\u00fcssigkeitstemperaturen. Da GHEtool mit variablen Fl\u00fcssigkeitseigenschaften arbeitet (wie in <a style=\"text-decoration: underline;\" href=\"https:\/\/ghetool.eu\/de_de\/wissensdatenbank\/unterschiedliche-flussigkeitseigenschaften\/\">dieser Artikel<\/a>), kann man auch ein unterschiedliches Verhalten beim Aufheizen und Abk\u00fchlen erwarten, da sich die Reynoldszahl mit der Zeit \u00e4ndert. Die Abbildung unten zeigt den effektiven thermischen Widerstand des Bohrlochs bei Verwendung von MPG 25 v\/v% anstelle von MEG. Aufgrund der insgesamt h\u00f6heren Viskosit\u00e4t verschiebt sich der \u00dcbergang zu einer instation\u00e4ren Str\u00f6mung zu h\u00f6heren Durchflussraten.<\/p>\n<figure id=\"attachment_4336\" aria-describedby=\"caption-attachment-4336\" style=\"width: 640px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-4336 size-full\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/10\/Effective-borehole-thermal-resistance_MPG.png\" alt=\"Effektiver thermischer Bohrlochwiderstand f\u00fcr ein einfaches\/doppeltes Glatt- und Turbokollektorrohr mit MPG 25 v\/v%.\" width=\"640\" height=\"480\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/10\/Effective-borehole-thermal-resistance_MPG.png 640w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/10\/Effective-borehole-thermal-resistance_MPG-300x225.png 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/10\/Effective-borehole-thermal-resistance_MPG-16x12.png 16w\" sizes=\"(max-width: 640px) 100vw, 640px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-4336\" class=\"wp-caption-text\">Effektiver thermischer Bohrlochwiderstand f\u00fcr ein einfaches\/doppeltes Glatt- und Turbokollektorrohr mit MPG 25 v\/v%.<\/figcaption><\/figure>\n<h3>Druckverlust<\/h3>\n<p>Neben dem Bohrlochwiderstand ist auch der Druckabfall von Bedeutung. Unten sehen Sie die Ergebnisse f\u00fcr die gleiche Fl\u00fcssigkeit.<\/p>\n<figure id=\"attachment_4118\" aria-describedby=\"caption-attachment-4118\" style=\"width: 706px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-4118 size-full\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Pressure-drop.png\" alt=\"Druckabfall f\u00fcr ein einfaches\/doppeltes glattes und ein Turbokollektorrohr.\" width=\"706\" height=\"530\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Pressure-drop.png 706w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Pressure-drop-300x225.png 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Pressure-drop-16x12.png 16w\" sizes=\"(max-width: 706px) 100vw, 706px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-4118\" class=\"wp-caption-text\">Druckabfall f\u00fcr ein einfaches\/doppeltes glattes und ein Turbokollektorrohr.<\/figcaption><\/figure>\n<p>Aus dem Diagramm geht hervor, dass der Turbokollektor \u00e4hnliche Druckverlusteigenschaften wie das glatte Rohr aufweist, au\u00dfer im \u00dcbergangsbereich (f\u00fcr das einfache U bei etwa 1,2 l\/s und f\u00fcr das doppelte U bei etwa 2,5 l\/s). Dies ist auf den fr\u00fcheren Beginn des \u00dcbergangsbereichs zur\u00fcckzuf\u00fchren, der einen Anstieg des Reibungsfaktors und damit auch des Druckabfalls bewirkt.<\/p>\n<p>Es mag auf den ersten Blick seltsam erscheinen, dass die Anbringung von Rippen in einem Rohr nur einen geringen Anstieg des Gesamtdruckabfalls bewirkt. Die Erkl\u00e4rung daf\u00fcr liefert ein anderes Ergebnis aus der Arbeit von (Hidman N., 2025).<\/p>\n<figure id=\"attachment_4119\" aria-describedby=\"caption-attachment-4119\" style=\"width: 369px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-4119 size-full\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Fin-height.png\" alt=\"Einfluss der Lamellenh\u00f6he auf den Reibungsfaktor und die Nusselt-Zahl. (Quelle: (Hidman N., 2025))\" width=\"369\" height=\"320\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Fin-height.png 369w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Fin-height-300x260.png 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Fin-height-14x12.png 14w\" sizes=\"(max-width: 369px) 100vw, 369px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-4119\" class=\"wp-caption-text\">Auswirkung der Lamellenh\u00f6he auf den Reibungsfaktor und die Nusselt-Zahl f\u00fcr einen DN40-Turbokollektor. (Quelle: (Hidman N., 2025))<\/figcaption><\/figure>\n<p>Sie sehen, dass die Nusselt-Zahl bei einer gr\u00f6\u00dferen Rippenh\u00f6he (wobei eine H\u00f6he von 0 einem glatten Rohr entspricht) zunimmt. Dies ist leicht zu verstehen, da gr\u00f6\u00dfere Rippen eine gr\u00f6\u00dfere Wirkung als Turbulator haben. Der Nachteil gr\u00f6\u00dferer Lamellen ist auch, dass der Reibungsfaktor ab einer Lamellenh\u00f6he von etwa 0,6 mm deutlich zunimmt. Daher werden bei der Konstruktion des Turbokollektors kleine Rippen verwendet, die ausreichen, um Turbulenzen zu erzeugen, aber gleichzeitig den Druckabfall begrenzen.<\/p>\n<blockquote><p><span style=\"color: #3366ff;\"><strong>!Hinweis<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #3366ff;\">Aus physikalischer Sicht ist nicht so sehr die Rippenh\u00f6he selbst von Bedeutung, sondern das Verh\u00e4ltnis zwischen der Rippenh\u00f6he und dem Rohrdurchmesser. Es wurde gepr\u00fcft, dass dieses Verh\u00e4ltnis bei allen verschiedenen Turbokollektorrohren zwischen 0,015 und 0,025 liegt, was in der obigen Abbildung einer Rippenh\u00f6he von 0,6 bis 1,2 mm entspricht.<\/span><\/p><\/blockquote>\n<h2>Turbokollektor in GHEtool<\/h2>\n<p>Um den Turbocollector in GHEtool zu implementieren, wurden einige \u00c4nderungen an der Schnittstelle vorgenommen. Von nun an sind die verschiedenen Rohroptionen in einer durchsuchbaren Dropdown-Liste verf\u00fcgbar, in der wir neben der Separatus-Sonde und jetzt auch dem Turbocollector einige generische glatte Rohre hinzugef\u00fcgt haben. Das Fluidregime (laminar oder instation\u00e4r) wird ebenfalls entsprechend dem ausgew\u00e4hlten Rohr aktualisiert.<\/p>\n<figure id=\"attachment_4113\" aria-describedby=\"caption-attachment-4113\" style=\"width: 797px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-4113 size-full\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Turbo-in-GHEtool.png\" alt=\"Druckbild des Turbokollektors in GHEtool Cloud.\" width=\"797\" height=\"392\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Turbo-in-GHEtool.png 797w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Turbo-in-GHEtool-300x148.png 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Turbo-in-GHEtool-768x378.png 768w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/Turbo-in-GHEtool-18x9.png 18w\" sizes=\"(max-width: 797px) 100vw, 797px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-4113\" class=\"wp-caption-text\">Bildschirmausdruck des Turbokollektors in GHEtool Cloud.<\/figcaption><\/figure>\n<h2>Fazit<\/h2>\n<p>In diesem Artikel wurde die mathematische Modellierung des Turbokollektors auf der Grundlage der j\u00fcngsten Arbeiten von Hidman N. (2025) eingehend er\u00f6rtert. Es wurde gezeigt, dass die im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn rotierenden Rippen eine instation\u00e4re Str\u00f6mung erzeugen, die bei etwa Re=1800 beginnt, w\u00e4hrend der \u00dcbergang zu einer turbulenten Str\u00f6mung in einem glatten Rohr erst bei etwa Re=2300 einsetzt. Der Reibungsfaktor ist f\u00fcr den Turbokollektor im Bereich 1800 &lt; Re &lt; 2300 aufgrund der induzierten Turbulenz h\u00f6her, konvergiert aber sowohl im laminaren als auch im vollturbulenten Bereich in Richtung der Glattrohrl\u00f6sung.<\/p>\n<h2 id=\"reference\">Literaturverzeichnis<\/h2>\n<ul>\n<li>Sehen Sie sich unsere Videoerkl\u00e4rung auf unserer YouTube-Seite an, indem Sie klicken <a style=\"text-decoration: underline;\" href=\"https:\/\/youtu.be\/X5ux2P8-RyI\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">hier<\/a>.<\/li>\n<li>Der Artikel von Niklas Hidman ist zu finden unter <a style=\"text-decoration: underline;\" href=\"https:\/\/www.muovitech.com\/studies\/Thermohydraulic_performance_evaluation_250519.pdf\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">hier<\/a>.<\/li>\n<\/ul>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Ab heute ist der Turbocollector von Muovitech in GHEtool Cloud erh\u00e4ltlich. In diesem Artikel werden wir das mathematische Modell hinter dem Turbocollector beleuchten und das Konzept der Turbulenz im Allgemeinen erforschen, basierend auf einem k\u00fcrzlich erschienenen Artikel von Niklas Hidman.<\/p>","protected":false},"template":"","pdf-article":[85],"authors":[39],"knowledgebase-category":[67],"class_list":["post-4108","knowledgebase","type-knowledgebase","status-publish","hentry","pdf-article-turbocollector","authors-wouter-peere","knowledgebase-category-physics"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ghetool.eu\/de_de\/wp-json\/wp\/v2\/knowledgebase\/4108","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ghetool.eu\/de_de\/wp-json\/wp\/v2\/knowledgebase"}],"about":[{"href":"https:\/\/ghetool.eu\/de_de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/knowledgebase"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ghetool.eu\/de_de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=4108"}],"wp:term":[{"taxonomy":"pdf-article","embeddable":true,"href":"https:\/\/ghetool.eu\/de_de\/wp-json\/wp\/v2\/pdf-article?post=4108"},{"taxonomy":"authors","embeddable":true,"href":"https:\/\/ghetool.eu\/de_de\/wp-json\/wp\/v2\/authors?post=4108"},{"taxonomy":"knowledgebase-category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ghetool.eu\/de_de\/wp-json\/wp\/v2\/knowledgebase-category?post=4108"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}