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Berechnung des turbulenten Austauschs von Impuls und Wärme in einem Fallfilmverdampfer

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Forschung im Ingenieurwesen A Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Zur Berechnung des turbulenten Impuls- und Wärmeaustauschs in Fallfilmverdampfern ist die Kenntnis der turbulenten Austauschfunktion für Impuls- und Wärmeaustausch notwendig. Aus der Literatur entnommene experimentelle Rohrströmungsergebnisse für die Geschwindigkeitsprofile, den Impulsstrom und den Reibungsbeiwert dienen als Vergleich und zum Nachweis der Gültigkeit einer turbulenten Austauschfunktion, die in, dieser Arbeit vorgestellt wird. Der Reibungsbeiwert und der Impulsstrom werden mit Meßwerten verglichen unter Benutzung der für unterschiedliche Reynoldszahlen berechneten Geschwindigkeitsprofile, die mit Hilfe dieser turbulenten Austauschfunktion berechnet wurden. Diese Geschwindigkeitsprofile charakterisieren den laminaren Fall, den laminar-turbulenten Umschlag und den vollturbulenten Strömungsfall. Die Gültigkeit der turbulenten Austauschfunktion des Impulses wird übertragen auf den Fallfilm in einem, senkrechten Verdampferrohr. Der turbulente Wärmeaustausch wird näherungsweise dem, turbulenten Impulsaustausch proportional gesetzt, und mit den Ansätzen werden die Nusseltzahlen am senkrechten Verdampferrohr berechnet und mit den Meßwerten verglichen, die am Fallrohr aus Wärmeübergangsmessungen gewonnen wurden.

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Abbreviations

c p :

spezifische Wärmekapazität

d :

Rohrdurchmesser

g :

Erdbeschleunigung

l :

Rohrlänge

\(\dot M\) :

Massenstrom

p :

Druck

\(\dot q^1 ,\dot q^t \) :

laminare bzw. turbulente Wärmestromdichte

R :

Rohrradius

t :

Zeitkoordinate

T w ,T s :

Wand- bzw. Siedetemperatur

x, y=(R−r), r :

Ortskoordinaten

α:

Wärmeübergangszahl

δ(t,x):

Schichtdicke, orts- und zeitabhängig

δ(t):

mittlere Schichtdicke

ε:

turbulenter Austauschkoeffizient

η:

dynamische Viskosität

λ:

Wärmeleitfähigkeit

ν:

kinematische Viskosität

ρ:

Dichte

τ, τ0 :

Schubspannung bzw. Wandschubspannung

ω:

Geschwindigkeit,\(\omega ^* = \sqrt {\tau _0 /\rho } \)

Nu *=α(ν2/g)1/3/λ:

Nusseltzahl

Pr=c p η/λ:

Prandtlzahl

R +=ω* R/ν:

dimensionsloser Rohrradius

\(Re = \dot M/(\pi d\eta )\) :

Reynoldszahl

υ+=ω/ω* :

dimensionslose Geschwindigkeit

y +=ω* y/ν:

dimensionsloser Wandabstand

δ+=ω*δ/ν:

dimensionslose Rieselfilmdicke

δ*=2δ+2/Re 2 :

dimensionslose mittlere Schichtdicke

\(\bar \eta = y/R\) :

dimensionslose Wandabstandskoordinate

ξ=ω* y/ν:

dimensionslose Ortskoordinate senkrecht zur Strömungsrichtung

f(ξ, υ+)=ε/ωy :

Funktionen des turbulenten Impulsaustauschs

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  1. Institut für Wärme- und Stoffübertragung, Ruhr-Universität Bochum, Bochum, Deütschland

    Lothar Wassner

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  1. Lothar Wassner
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Wassner, L. Berechnung des turbulenten Austauschs von Impuls und Wärme in einem Fallfilmverdampfer. Forsch Ing-Wes 49, 161–167 (1983). https://doi.org/10.1007/BF02586000

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