M. Wetzel

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)

Am Institut für Thermische Verfahrenstechnik wurde in einer abgeschlossenen Disseration der Wärmeübergang und Druckverlust von reinem CO2 im glatten und innenstrukturierten Rohr untersucht. Weiterhin wurden im Glattrohr bereits Versuche zu Wärmeübergang- und Druckverlust mit CO2-Öl-Gemischen durchgeführt. Weitere Versuche mit CO2-Öl-Gemischen sind für das innenstrukturierte Rohr vorgesehen. Für die Auswertung der Versuche wurde bisland eine in Delphi erstellte Auswerteroutine eingesetzt, welche um den Stand des Wissens mit aktuellen Korrelationen erweitert wurde. Zukünftig soll die Versuchsauswertung in der Programmierumgebung Matlab erfolgen.

Im Rahmen dieser Arbeit soll zunächst die bereits vorhandene Auswerteroutine nach Matlab überführt werden. Hieran anschließend sind aktuelle Wärmeübergangs- und Druckverlust-Korrelationen zum Strömungssieden von Kältemittel-Öl-Gemischen sowohl im glatten als auch innenstrukturierten Rohr in einer Literaturstudie zu identifizieren und in die Auswerteroutine zu implementieren. Dabei ist für Berechnungen die Verwendung von Gemischstoffdaten zu berücksichtigen. Die implementierten Korrelationen/ Modelle sind in einem geeigneten Verfahren mit Literaturangaben zu validieren.