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Untersuchungen zur Verbesserung semi-empirischer Korrelationen für die Beschreibung der Verdampfung und Kondensation zeotroper Gemische

Fachliche Zuordnung Technische Thermodynamik
Förderung Förderung von 2018 bis 2025
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401366378
 
Erstellungsjahr 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Durch das Sieden und Kondensieren von Gasen oder Gasgemischen können hohe Wärmestromdichten bei dem Phasenwechsel des Fluids erzielt werden. Dies wird in diversen energie- und verfahrenstechnischen Prozessen genutzt, unter anderem auch in dem Kaltdampf-Kompressionskreisprozess, der weltweit milliardenfach in Klima- und Kälteanlagen oder Wärmepumpen eingesetzt wird. Für die eingesetzten Arbeitsfluide gewinnen Gemische anstelle der herkömmlichen Reinstoffe zunehmend an Bedeutung, da durch geeignete Kombination der Eigenschaften die strengeren Umweltschutz- und Sicherheitsanforderungen erfüllt werden können. Gleichzeitig werden geeignete Berechnungsgleichungen für die Wärmeübertragung der Gemische in Verdampfern und Kondensatoren der genannten Kreisprozesse benötigt, da das Phasenwechselverhalten der zeotropen Fluidgemische eine erhöhte Komplexität mit sich bringt. Das Gesamtvorhaben zielt darauf ab, die verfügbaren Modellgleichen zur Berechnung des Gemischsiedens und der –kondensation anhand experimenteller Untersuchungen weiterzuentwickeln. Hierzu werden in der ersten Förderphase zwei abgestimmte Versuchsapparaturen konzipiert, von denen eine bei dem Projektpartner LTTT in Bayreuth zur Untersuchung des Gemischsiedens und die zweite in Hannover am IfT für die Gemischkondensation genutzt wird. Weiterhin werden die relevanten Stoffdaten der gewählten Ethanol-Siloxangemische an beiden Standorten durch bestehende Messeinrichtungen vermessen und in Journal-Beiträgen veröffentlicht. Die Stoffdaten sind notwendiger Bestandteil der literaturbekannten Modellansätze und dienen somit Vergleichsrechnungen. Anhand der untersuchten drei Ethanol-Siloxangemische mit variierenden Zusammensetzungen und Betriebsbedingungen können zudem zentrale Einflussgrößen auf den Wärmeübergang beim Gemischsieden und Gemischkondensieren herausgearbeitet werden, die als generalisierte Gemischparameter in die weiterentwickelten Modellansätze implementiert werden. Für das Gemischsieden können mit der neuen Korrelation Wärmeübergangskoeffizienten mit einer Genauigkeit von ca. 12 % berechnet werden. Der Superpositionsansatz für die Gemischkondensation bietet erstmalig eine explizite Berechnungsgleichung für zusammensetzungsabhängige Wärmeübergangskoeffizienten, die mit geringem Rechen- und Stoffdatenaufwand im Mittel eine Abweichung von 10 % gegenüber experimentellen Daten erzielt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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