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Wärmeübergang und Druckverlust wässeriger Tensidlösungen in Rohren

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Forschung im Ingenieurwesen A Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Eine Zugabe geringer Mengen kationischer Tenside in Wasser bewirkt eine Dämpfung der axialen und vornehmlich radialen Turbulenzschwankungen und daraus resultierend eine Verminderung der Rohrreibungsverluste und des Wärmeübergangs gegenüber relnem Wasser. Neu entwickelte mizellare Tensidsysteme erfüllen die von der Fernwärmewirtschaft gestellten Anforderungen an eine hohe thermische und mechanische Langzeitstabilität und können als Reibungsminderer zur Reduzierung der Pumpleistung in den Transport- und Verteilungsleitungen eingesetzt werden. Um die Kosten beim Einsatz reibungsmindernder Tenside in Fernwärmesystemen beurteilen zu können, sind zunächst genauere Daten zum Wärmeübergang und Druckverlust in den für die Wärmeein- und- auskopplung benötigten Wärmetauschern zu ermitteln. In dieser Arbeit werden der Wärmeübergang und der Druckverlust wässeriger Tensidlösungen in geraden Rohren experimentell untersucht und unter Einbeziehung der in der Literatur vorliegenden Informationen zum Strömungsverhalten dieser Lösungen beschrieben. Den Abschluß der Arbeit bildet die Aufstellung einer Berechnungsgleichung für den Wärmeübergang wässeriger Tensidlösungen.

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Abbreviations

a :

m2/s Temperaturleitfähigkeit

A :

m2 Wärmetauschfläche

c :

wppm Tensidkonzentration

c p :

J/(kg·K) spezifische Wärmekapazität

d :

m Rohrdurchmesser

k :

W/(m2·K) Wärmedurchgangskoeffizient

L :

m Rohrlänge

L H :

m hydrodynamische Einlauflänge

Δp :

Pa Druckverlust

Q * :

W Wärmestrom

r :

m Radius (Laufkoordinate)

R :

m Radius

T :

°C Temperatur

ΔT m :

°C mittlere treibende Temperaturdifferenz

u :

m/s Geschwindigkeit

ū:

m/s mittlere Geschwindigkeit

u t :

m/s Schubspannungsgeschwindigkeit

x :

m Rohrlänge (Laufkoordinate)

y :

m Wandabstand

y + :

1 dimensionsloser Wandabstand

α:

W/(m2·K) Wärmeübergangskoeffizient

δ:

m Grenzschichtdicke

η:

Pa·s dynamische Viskosität

ηw :

Pa·s dynamische Viskosität bei Wandtemperatur

λ:

W/(m·K) Wärmeleitfähigkeit

ν:

m2/s kinematische Viskosität

ξ:

1 Widerstandsbeiwert

ρ:

kg/m3 Dichte

τ * W :

Pa kritische Wandschubspannung

a :

aus (am Austritt)

e :

ein (am Eintritt)

i :

innen

m :

mittel

K :

Konvektion

L :

Leitung

LM :

Lösungsmittel

S :

Sekundärseite

W :

Wand

wppm:

Gewichtsanteil (weight parts per million) dimensionslose Kennzahlen

Nu≡αd i /λ:

Nusseltzahl

Pr≡ηc p /λ:

Prandtlzahl

Re≡ūd i /ν:

Reynoldszahl

\(Re_W \equiv \bar ud_i /v_W \) :

Reynoldszahl bei WandtemperaturNu, Pr, Re undRe w werden mit den Stoffwerten des reinen Lösungsmittels Wasser gebildet!

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Authors and Affiliations

  1. Huls AG, 4370, Marl

    Manfred Weber

  2. Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik, Abteilung Chemietechnik, Universität Dortmund, Dortmund, Deutschland

    Artur Steiff &  Paul-Michael Weinspach

Authors
  1. Manfred Weber
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  2. Artur Steiff
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  3. Paul-Michael Weinspach
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Weber, M., Steiff, A. & Weinspach, PM. Wärmeübergang und Druckverlust wässeriger Tensidlösungen in Rohren. Forsch Ing-Wes 57, 1–7 (1991). https://doi.org/10.1007/BF02574940

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