Verdampfung und Kondensation in Plattenwärmeübertragern mit funktionalisierten Oberflächen aus einem Femtosekundenlaserprozess

• Antragsteller: Dr. Thomas Gimpel; Professor Dr.-Ing. Stephan Kabelac
• Fachliche Zuordnung: Technische Thermodynamik ; Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450502853

In diesem Vorhaben soll ein grundlegendes Verständnis zum thermohydraulischen Effekt von laserstrukturierten metallischen Oberflächen und dessen effiziente Anwendung bei Kondensatoren und Verdampfern herausgearbeitet werden. Die Bestrahlung von Oberflächen mit Femtosekundenlaserpulsen ermöglicht zum einen geometrische Strukturen im Nano- wie auch Mikrometerbereich, zum anderen das Einlagern von Fremdatomen zur Steuerung der Benetzungseigenschaften in dem bearbeiteten Oberflächensegment. Hierdurch ergeben sich neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Blasenbildung und des Wärmeflusses beim Sieden wie auch der Tropfenbildung und dem Tropfenabfluss beim Kondensieren.Die Arbeitsgruppe Gimpel betreibt an der TU Clausthal zwei Femtosekundenlaser und erforscht im Vorhaben den Zusammenhang zwischen einstellbaren Laser-Bearbeitungsparametern und resultierenden Oberflächenstrukturen bei gegebenem Probenmaterial durch Herstellung einer Vielzahl von Probenoberflächen aus Stahl und Titan. Die Arbeitsgruppe Kabelac an der Leibniz Universität Hannover bewertet in zwei speziellen Anlagen die thermische Leistung ausgewählter Proben. Eine Vorauswahl wird anhand von Benetzungseigenschaften und photographischer Charakterisierung getroffen. In der letzten Phase des Vorhabens soll jeweils eine ausgewählte Struktur als Verdampfer und als Kondensator in Plattenwärmeübertrager-Bauweise in einer Technikumsanlage untersucht werden, um Druckverlust und Wärmeübergangskoeffizient ganzheitlich bewerten zu können. Erwartet wird eine signifikante Leistungssteigerung für diese in der Energie- und Verfahrens-technik weit verbreiteten Apparate.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Kontaktwinkelmessgerät
• Gerätegruppe: 1650 Oberflächen-Spannungsmesser