Untersuchung der mikroskopischen Wärme- und Stofftransportvorgänge an strukturierten Hochleistungsverdampferrohren beim Behältersieden.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projektes wurden experimentelle Untersuchungen zum Siedevorgang an strukturierten Hochleistungsverdampferrohren durchgeführt. Bei den untersuchten Rohren handelte es sich einerseits um handelsübliche Rohre mit sog. Reentrant-Strukturen und andererseits um Rohre mit neuartigen Pin-Fin-Strukturen, die derzeit nur wissenschaftlich untersucht werden. Auch für die kommerziellen Hochleistungsrohre steht keine verlässliche Auslegungs- oder Optimierungsmethode zur Berechnung des Wärmeübergangs zur Verfügung, so dass Weiterentwicklungen stets empirisch erfolgen müssen. Dies ist insbesondere daher sehr unbefriedigend, da die Leistungen stark abhängig vom eingesetzten Fluid sind. Neben globalen Wärmeübergangsmessungen an Einzelrohren wurden gänzlich neue lokale Untersuchungen der dynamischen Zweiphasenströmung und Wandtemperaturen innerhalb der Strukturen durchgeführt. Im Falle der Reentrant-Strukturen wurden diese durch Modellierung und 2-dimensionale numerische Simulation der Verdampfungsvorgänge ergänzt. Die gewonnenen Erkenntnisse erlauben insgesamt ein tiefer gehendes Verständnis der Wärmetransportvorgänge an und in strukturierten Verdampfungsoberflächen. Vor allem die Ergebnisse aus den lokalen Messungen und der numerischen Simulation für die Reentrant- Strukturen machen deutlich, dass dieser Strukturtyp erhebliches Potential besitzt, immens hohe Wärmestromdichten bei hohen Wärmeübergangskoeffizienten bzw. niedrigen Temperaturdifferenzen zu übertragen. Die Wärmestromdichten können hierbei deutlich über sonst üblichen „Dry-Out“ Bedingungen liegen. Durch adäquate Variation der Kanalgeometrie können Reentrant-Strukturen für ein entsprechendes Arbeitsmittel gezielt optimiert werden. Die Basis für eine solche Optimierung liegt nun in Form eines besseren physikalischen Verständnisses der Wärmeübertragungsvorgänge vor. Die bisher übliche Empirie kann dadurch etwas zurückgedrängt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Boiling heat transfer from micro structured tubular surfaces in saturated FC-72. Proceedings of 6th International Conference on Boiling Heat Transfer, Spoleto, 2006
Wondra, F.; Stephan, P.
- Effect of working fluid properties on pool boiling heat transfer of micro structured enhanced tubes. Proceedings of 6th International Conference on Multiphase Flow, Leipzig, 2007
Wondra, F.; Stephan, P.
- Experimental Investigation of Fuel Evaporation on Microstructured Surfaces for Microcombustion, Proceedings of 6th International Conference on Enhanced , Compact and Ultra-Compact Heat Exchangers: Science and Technology, Potsdam, 2007
Schilder, B., Zorbach, I., Hardt, S., Stephan, P., Wondra, F., Klotzbücher, T.
- Experimentelle Untersuchung der Mikroskalenverdampfung in hinterschnittenen Oberflächenstrukturen, Chemie Ingenieur und Technik, Vol. 79, No. 8, pp.1229-1234, 2007
Wondra, F., Stephan, P.
- Untersuchung der dynamischen Verdampfungsvorgänge in den Oberflächenkavitäten von Re-Entrant-Hochleistungsverdampferrohren, DKV-Tagungsbericht, Band II.1, 2007
Wondra, F., Stephan, P., Beutler, A.
- Evaporation model for interface flows based on a continuum-field representation of the source terms, Journal of Computational Physics, 227, 2008, 5871-5895
Hardt, S.; Wondra, F.
- Nucleate boiling on tubes with subsurface mini and micro channels, Proceedings of 6th European Int. Conference on nanochannels microchannels and minichannels, Darmstadt, 2008
Wondra, F.; Stephan, P.
- Optimization of high performance evaporator tubes through structural modifications for pool boiling heat transfer, Proceedings of 5th European Thermal-Science Conference, Eindhoven, 2008
Wondra, F.; Dittmann, J.; Stephan, P.; Beutler, A.
