Strömungssieden

  • Forschungsthema:Schauglas-Konstruktion zur optischen Untersuchung von Strömungsformen beim Strömungssieden von CO2 und CO2-Öl-Gemischen
  • Typ:Bachelorarbeit
  • Datum:abgeschlossen (10/2013)
  • Betreuung:

    M. Wetzel

  • Bearbeitung:Witt
  • Zur Reduzierung der Emission ozon- und klimaschädigender Gase werden FCKW und FKW vermehrt durch natürliche Kältemittel (z.B. CO2, NH3, Propan) ersetzt. Als ein solches natürliches Kältemittel wird CO2 aufgrund guter Wärmeübertragungseigenschaften und vorteilhafter Stoffeigenschaften für den Einsatz als Kältemittel heutzutage bereits eingesetzt, z.B. (Tief-)Kühlung, Busklimaanlagen und Wärmepumpen. Neben der Wahl des Kältemittels hat auch die Verdampfergeometrie Einfluss auf die Effektivität des Systems. So werden bspw. innenstrukturierte Rohre (vgl. Abb.1) zur Verbesserung der Rohrbenetzung und somit zur Steigerung des Wärmeübergangs erprobt. Dabei kann die Verbesserung des Wärmeübergangs die strukturbedingte Druckverlust-Erhöhung deutlich übersteigen. Aufgrund der Schmierung von Kompressoren in realen Kältesystemen und der somit bedingten Ausbildung eines Kältemittel-Öl-Gemischs im Kreislauf wird die Leistungsfähigkeit eines Verdampfers auch durch die Ölkonzentration im Kältemittel beeinflusst.


    Abb.1  Cuprofin EDX Rohr (Quelle: Wieland)


    Um den Einfluss der Verdampfergeometrie und des Ölgehalts im Kältemittel auf Wärmeübergang und Druckverlust zu untersuchen, sind am Institut für Thermische Verfahrenstechnik Versuche zum Strömungssieden von CO2-Öl-Gemischen geplant. Neben einer konventionellen Glattrohrmessstrecke soll eine innenstrukturierte Kupfermessstrecke hinsichtlich einer Effizienzsteigerung eingesetzt werden. Für die Untersuchung der beim Strömungssieden sich einstellenden Strömungsform im innenstrukturierten Rohr muss zunächst eine Modifikation der Schauglaseinbindung vorgenommen werden. Das Schauglas mit einem der Messstrecke identischen Innendurchmesser ist der Schutzstrecke nachfolgend über eine Flanschverbindung in den Versuchskreislauf einzubringen. Desweiteren soll die Schauglaskonstruktion eine inline Bestimmung der Dicke des strömenden Flüssigkeitsfilms im Rohrscheitel mittels konfokaler Laserwegmessung ermöglichen (vgl. Glattrohraufbau in Abb. 2).


     

    Abb.2  Schauglaskonstruktion (Glattrohr)


    Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Schauglaskonstruktion in CAD konstruiert und in Absprache mit der institutseigenen Werkstatt angefertigt werden. Diese soll zudem die Verwendung eines konfokalen Laserwegmesssystems zur Bestimmung der Filmdicke am Rohrscheitel des Schauglases ermöglichen. Die Messtechnik ist entsprechend mit zu integrieren und anhand eines vereinfachten Versuchsaufbaus zu validieren. Weiterhin sind für den Betrieb erfoderliche Messaufnehmer für den späteren Betrieb mit CO2 und CO2-Öl-Gemischen zu kalibrieren.