Wärme - und Stoffübertragung

, Volume 4, Issue 1, pp 60–68 | Cite as

Zur Kondensation an der Wand dampfdurchströmter Kanäle mit veränderlichem Querschnitt

  • E. Hicken
  • H. Garnjost
Article

Zusammenfassung

Für gekühlte dampfdurchströmte Kanäle mit veränderlichem Querschnitt werden die gekoppelten Bilanzgleichungen für Massen-, Energie- und Impulsströme sowie die Beziehungen für den Wärmedurchgang durch den Kondensatfilm mit einem Differenzenverfahren gelöst. Wie ausgewählte Beispiele zeigen, kann die Kondensation in konvergenten Kanälen gegenüber solchen mit konstantem Querschnitt wesentlich verbessert werden, wenn man nur vermeidet, daß die Temperaturabsenkung durch die Geschwindigkeitserhöhung zu groß wird. Bei Druckanstieg kann es zu einer Ablösung der Kondensatschicht von der Wand kommen. Der Einfluß weiterer Parameter wie z. B. Fallbeschleunigung, erhöhte Reibung, mitfliegendes Kondensat im Dampfstrom, Gleich- oder Gegenstromführung des Kühlmittels und endlicher Wärmedurchgangswiderstand der Kanalwand wird diskutiert. Die Abhängigkeit der Geschwindigkeitsprofile im Kondensatfilm vom Druckgradienten wird gezeigt.

Formelzeichen

A

Kanalquerschnitt

Ai

Koeffizienten in Gl. (19)

Bi

Koeffizienten in Gl. (25)

C

Faktor in Gl. (27)

c

spez. Wärmekapazität

D

Durchmesser

\(\dot E\)

Energiestrom

F

Durchgangsfläche

g

Fallbeschleunigung

h

Enthalpie

k

Wärmedurchgangskoeffizient nach Gl. (17)

L

Gesamtlänge des Kanals

\(\dot m\)

Massenstrom

p

Druck

\(\dot Q\)

Wärmestrom

\(\dot q\)

dimensionslose örtliche Wärmestromdichte nach Gl. (29)

R

Radius des Kanals

Re

Reynolds-Zahl nach Gl. (28)

w

Geschwindigkeit

y

Abstand von der Wand

z

Abstand vom Eintritt des Kanals

α

Wärmeübergangskoeffizient

β

Faktor in Gl. (6)

δ

Dicke der Kondensatschicht

η

Viskosität

v

Temperatur

λ

Wärmeleitfähigkeit

ξ

Widerstandszahl nach Gl. (27)

ϱ

Dichte

τ

Schubspannung

Indizes

0

Kanaleintritt

a

außen an der Wand

B

Bezugs

D

Dampf

i

Numerierung

K

Kondensat

K, D

Kondensat im Dampfstrom

Kühl

Kühlmittel

K, W

Kondensat an der Wand

rel

relativ

W

Wand

z

z-Richtung

δ

an der Kondensatoberfläche

On the wall side condensation of vapour flow through channels of variable cross-section

Abstract

The flow of pure vapor in channels with variable cross section and cooled walls is considered. The balances for mass, energy and momentum and the transport of heat across the film of condensate are dealt by a finite difference method. Selected examples show that convergent channels improve condensation compared with channels of constant cross section. Excessive temperature drop by acceleration, however, must be avoided. Adversed pressure gradient may cause separation of the condensate film. The influence of the following parameters is discussed: gravity, increased friction, entrainment of condensat, cocurrent and countercurrent flow of the cooling medium and finite resistance of heat of channel wall. The shape of velocity profiles of the condensate is shown as a function of the pressure gradient.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

Literatur

  1. 1.
    Carpenter, B. F., u. A. P.Colburn: The effect of vapour velocity on condensation inside tubes. Proc. Gen. Discussion Heat Transfer, London 1951, S. 20/26.Google Scholar
  2. 2.
    Hartmann, H.: Zum Wärmeübergang bei der Kondensation strömender Sattdämpfe in Rohren. Diss. Fak. Masch.wesen (T. H.) Karlsruhe, 1960.Google Scholar
  3. 3.
    Schulenberg, F. J.: Wärmeübergang und Druckänderung bei der Kondensation von strömendem Dampf in geneigten Rohren. Diss. Universität Stuttgart, 1969.Google Scholar
  4. 4.
    Gyarmathy, G., u. H.Meyer: Spontane Kondensation. VDI-Forschungsheft 508, 1965.Google Scholar
  5. 5.
    Schmidt, E.: Properties of Water and Steam in Si-Units, Berlin/Heidelberg/New York: Springer-Verlag, München: R. Oldenbourg-Verlag, 1969.Google Scholar
  6. 6.
    Stein, W. A.: Gleichungen für die dynamische Viskosität und die Wärmeleitfähigkeit von reinem fluiden Wasser. Wärme- und Stoffübertragung 2 (1969), S. 210/221.Google Scholar
  7. 7.
    Minkowycz, W. J., u.E. M. Sparrow: The effect of superheating on condensation heat transfer in a forced convection boundary layer flow. Int. J. Heat Mass Transfer 12 (1969), S. 147/154.Google Scholar
  8. 8.
    Fedorovich, E. D., u.W. M. Rohsenow: The effect of vapour subcooling on film condensation of metals. Int. J. Heat Mass Transfer 12 (1968), S. 1525/1529.Google Scholar
  9. 9.
    Rohsenow, W. M., J. H. Weber u.A. J. Ling: Effect of vapour velocity on laminar and turbulent film condensation. Trans. Am. Soc. Mech. Engrs. 78 (1956), S. 1637/1643.Google Scholar
  10. 10.
    Rohsenow, W. M., u. H. Y.Choi: Heat, Mass and Momentum Transfer. Prentice-Hall, Inc., 1963, insbes.: S. 242/246.Google Scholar
  11. 11.
    Gröber, Erk u.Grigull: Die Grundgesetze der Wärmeübertragung, Berlin/Göttingen/Heidelberg: Springer Verlag 1963, 3. verbesserter und erweiterter Neudruck.Google Scholar
  12. 12.
    Leonard, W. K., u.J. Estrin: The effect of vapour velocity on condensation on a vertical surface. A. I. Ch. E. J. 13 (1967), S. 401/402.Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag 1971

Authors and Affiliations

  • E. Hicken
    • 1
  • H. Garnjost
    • 1
  1. 1.Institut für Thermo- und Fluiddynamik der Ruhr-Universität BochumGermany

Personalised recommendations