Projektbeschreibung
| Seit einiger Zeit erlebt das Kohlendioxid als Kältemittel eine Renaissance als Ersatz für ozonabbauende bzw. die Erderwärmung fördernde FCKW und FKW und teilweise für Ammoniak. Besonders wegen seiner Ungiftigkeit und seines geringen Erderwärmungspotenzials (GWP = 1) bietet CO2 viele Vorteile als Kältemittel in konventionellen Kältemaschinen und für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie. Erste Anwendungen in der Industrie finden sich in Kompressionskältemaschinen mit Kaskadenschaltung. Dabei wird für die oberen Temperaturstufe Ammoniak verwendet, während das CO2 in der unteren Temperaturstufe (für Kältebedarf zwischen -54°C und -35°C) eingesetzt wird. Für trockene Verdampfer (Strömungsverdampfer) sind innen berippte Rohre Stand der Technik. Zum Strömungsverdampfen von CO2 wurden jedoch bisher nur wenige Untersuchungen bei Temperaturen über -10 °C durchgeführt. Auch zum Strömungsverdampfen in innen berippten Rohren existieren nur wenige systematische Untersuchungen. Diese sind jedoch notwendig, um zur Auslegung solcher Verdampfer notwendige Korrelationen zu entwickeln.
Abb. 2 Cuprofin-Rohr der Firma WielandIn diesem Projekt sollen daher Wärmeübergangskoeffizienten (WÜK) und Druckverlust beim Strömungsverdampfen von CO2 in einem horizontalen Glattrohr ( s. Abb. 1) und einem Rippenrohr (s. Abb. 2) für einen weiten Parameterbereich (Wärmestromdichten bis 60 kW/m², Massenstromdichten bis 300 kg/m²s, Strömungsdampfgehalte von 0,1 – 0,95 und Temperaturen zwischen -40 °C und -10 °C)durchgeführt werden. Durch die in Abb. 1 dargestellte in Umfangsrichtung segmentierte Messstrecke kann der WÜK in Abhängigkeit von der Benetzung gemessen werden. Zusätzlich lassen sich die für das ständig benetzte Segment 4 bestimmten lokalen Werte auf das vertikale Rohr übertragen. Aus den so gewonnenen Daten sollen Korrelationen zum Wärmeübergang und Druckverlust beim Strömungsverdampfen einerseits von CO2 in glatten und berippten Rohren und andererseits zum Strömungsverdampfen in berippten Rohren allgemein entwickelt werden. |
Abb. 2 Cuprofin-Rohr der Firma Wieland |
Abb. 3 Strömungsformen über den gesamten Verlauf des Strömungsverdampfens