TU Berlin

Maschinen- und EnergieanlagentechnikKondensation

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Rückflußkondensation

Kondensation allgemein

Lupe

Grundsätzlich kann man zwischen Tropfenkondensation und Filmkondensation unterscheiden. In technischen Apparaten aus metallischen Werkstoffen ist vorwiegend die Filmkondensation anzutreffen. Das Kondensat bildet auf der Metalloberfläche dabei einen zusammenhängenden Flüssikeitsfilm. Tropfenbenetzung kann jeder zuhause in der Dusche beobachten, wo meist Oberflächen vorkommen, die in Kontakt mit Wasser zur Tropfenbildung führen. Man findet auch keinen zusammenhängenden Film auf der menschlichen Haut. Ursache ist die große Oberflächenspannung des Wassers im Zusammenhang mit der niedrigen Oberflächenergie der Haut.

Lupe

Metallische Oberflächen haben eine sehr hohe Oberflächenergie wodurch Flüssigkeiten niedriger Oberflächenspannung dazu tendieren einen zusammenhängenden Film zu bilden. Dieser Film fließt auf der Oberfläche entlang und verändern dabei seine Dicke. Die Wärme, die beim Phasenwechsel entsteht, muß durch diesen Film geleitet werden. Sie wird dann über ein Kühlmedium auf der Rückseite der Wand abgeführt. Daher wird die Wärme mit vergrößerter Filmdicke immer schlechter übertragen. Um einen effizienten Wärmeübertrager zu bauen, muß man also die Zonen dünner Filme groß und die dicker Filme klein machen. Die Geometrie des Kondensatorkanals spielt also eine herausragende Rolle. In diesem Projekt soll deswegen untersucht werden, wie sich die Rechteckgeometrie im Vergleich zur Rohrgeometrie auswirkt. Außerdem soll der Einfluß der Stoffwerte des kondensierenden Fluids untersucht werden. Insbesondere interessiert der Einfluß einer hohen Oberflächenspannung (Tropfenkondensation?) Eine Besonderheit dieses Forschungsthemas ist außerdem, daß der Kanal schräg steht und Dampf und Kondensat gegeneinander strömen.

Messung der Zweiphasenströmung

Mittels des Ultraschallechoverfahrens ist es bereits gelungen die Dicke des Kondensatfilms in einem Aluminiumrohr im Bereich von 0,1 bis 0,3 mm zu messen. Auch im Rechteckkanal soll dies durchgeführt werden. Die Filmdicke gibt Aufschluß über die Phasenverteilung im Kanal und ist zur Interpretation der Wärmeübergangsmessungen und der Flutpunktmessungen  wichtig.

Kurzbeschreibung der Versuchsanlage

Lupe

Die Versuchsanlage besteht aus einem geschlossenen Kreislauf, in dem das Versuchsfluid verdampft, in die Meßstrecke geleitet und dort teilweise kondensiert wird. Nicht kondensierter Dampf wird in einem zweiten Kondensator verflüssigt und dem Voratsbehälter wieder zugeführt.

Die Meßstrecke steht schräg, der Dampf tritt am unteren Ende ein. Im Laufe der Meßstrecke kondensiert Dampf und strömt als Flüssigkeit dem eintretenden Dampf entgegen. Es kann somit unter bestimmten Bedingungen zum Aufstauen der Flüssigkeit oder gar zum Strömungsrichtungswechsel der Flüssigkeit kommen, was als Fluten bezeichnet wird.

Vorangegangene Arbeiten

Es wurden bereits Messungen im rohrförmigen Kanal durchgeführt. Die daraus resultierende Dissertation von Stefan Fiedler "Untersuchungen zur Rücklaufkondensation in einem engen geneigten Rohr" ist als Fortschritt-Bericht im VDI Verlag veröffentlicht worden. Außerdem sind verschiedene Artikel in Zeitschriften entstanden.

Meßstrecke und Ziel dieser Arbeit

Der Rechteckkanal besteht aus zwei Bauteilen, die gegeneinander montiert werden. Dadurch ist es möglich, Kanäle verschiedener Höhe zu bauen und gleichzeitig die Anzahl der Thermoelementmeßstellen zu reduzieren. Messungen wurden mit einem Gemisch aus R134a und R123 im Rohr und im Rechteckkanal durchgeführt. Mischungen verhalten sich vollständig anders als Reinstoffe, da ein zusätzlicher Wärmeübergangswiderstand in der Gasphase besteht, der für die Kondensation dann entscheidend ist. Es wurden auch Reinstoffversuche mit R134a und anderen Versuchsfluiden im Rechteckkanal durchgeführt, um den Einfluß der Stoffparameter zusammen mit dem Geometrieeinfluß zu untersuchen. Weiterhin soll das Phänomen des Flutens verstanden werden.

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