Master Thesis Project: Multiphysics Effects in Heat Exchanger
Über uns
Seit 40 Jahren gestalten wir in Winterthur mit Luft-Luft-Wärmetauschersystemen die Zukunft der Energierückgewinnung. Mit unseren Lösungen leisten wir einen wichtigen Beitrag zur Bekämpfung der Klimaerwärmung. Die Entwicklung und Perspektiven für Polybloc sind vielversprechend, denn unsere Welt benötigt dringend hocheffiziente Lösungen zur Energierückgewinnung.
Einleitung
Plattenwärmetauscher mit semipermeablen Membranen sind Schlüsselkomponenten in energieeffizienten Lüftungssystemen. Unter realen Betriebsbedingungen können Druckdifferenzen zwischen Zu- und Abluftströmen zu elastischen Membrandeformationen führen. Diese beeinflussen den Strömungsquerschnitt und den Druckverlust und verändern die Wärme- und Stoffübertragung. Ein optimales Design muss diese Effekte berücksichtigen, um Effizienz und Betriebssicherheit sicherzustellen.
Aufgabenstellung
Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines numerischen Modells in COMSOL Multiphysics, das die Fluid-Struktur-Interaktion (FSI) zwischen Luftströmung und Membran abbildet. Damit soll der Einfluss der Membrandeformation auf den Druckverlust und die Strömungsverteilung untersucht sowie Designparameter (z. B. Kanalhöhe, Membranspannung, Geometrie) systematisch variiert werden.
Bei ausreichender Zeit soll zusätzlich ein Prototyp gebaut und unter realen Betriebsbedingungen getestet werden, um die Simulationsergebnisse zu validieren und praktische Erkenntnisse für die Serienentwicklung zu gewinnen.
Zielsetzung
- Simulation der Membrandeformation
- Analyse der Interaktion von Strömung und mechanischer Struktur
- Darstellung des Einflusses von absoluten Eingangsdrücken auf den Druckverlust sowie die Veränderung des Wärme- und Feuchteübertrages
- Vergleich mit experimentellen Ergebnissen zur Validierung
- Ableitung von Designrichtlinien für ein optimales Design
Voraussetzungen
- Kenntnisse in Strömungsmechanik, Strukturmechanik und Wärmeübertragung
- Grundkenntnisse in numerischer Simulation und FEM
- Optional: Erfahrung mit COMSOL Multiphysics
About Us
For 40 years, we have been shaping the future of energy recovery in Winterthur with air-to-air heat exchanger systems. Our solutions make an important contribution to combating climate change. The outlook for Polybloc is promising, as our world urgently needs highly efficient energy recovery solutions.
Introduction
Plate heat exchangers with semipermeable membranes are key components in energy-efficient ventilation systems. Under real operating conditions, pressure differences between supply and exhaust airflows can lead to elastic membrane deformations. These affect the flow cross-section, increase pressure drop, and alter heat and mass transfer. An optimal design must account for these effects to ensure efficiency and operational reliability.
Problem Statement
The aim of this work is to develop a numerical model in COMSOL Multiphysics that represents the fluid-structure interaction (FSI) between airflow and membrane. This will allow investigation of the influence of membrane deformation on pressure drop and flow distribution, as well as systematic variation of design parameters (e.g., channel height, membrane tension, geometry). If sufficient time is available, a prototype will be built and tested under real operating conditions to validate the simulation results and gain practical insights for series development.
Objectives
- Simulation of membrane deformation
- Analysis of the interaction between flow and mechanical structure
- Evaluation of the impact of absolute inlet pressures on pressure drop and changes in heat and moisture transfer
- Comparison with experimental results for validation
- Derivation of design guidelines for an optimal design
Requirements
- Knowledge of fluid mechanics, structural mechanics, and heat transfer
- Basic knowledge of numerical simulation and FEM
- Optional: Experience with COMSOL Multiphysics