Der Wandwärmeübergang in der Zweiphasenströmung

Zusammenfassung

Im Vergleich zur Zweiphasenströmung eines reinen Stoffes wird gemäß der Theorie von Bennet und Chen ¹²⁹ der Wandwärmeübergang in einer entsprechenden Zweistoffströmung nicht durch den zusätzlich auftretenden diffusiven Stofftransport beeinflußt, da Massendiffusion in der Nähe stoffundurchlässiger Wände zum Stillstand kommt. Was den Wandwärmeübergang jedoch ganz entscheidend beeinflußt und in den meisten Fällen beeinträchtigt, ist die tatsächlich herrschende treibende Temperaturdifferenz zwischen Phasengrenzfläche und Wand. Für Phasenübergangsvorgänge reiner Stoffe ist dies normalerweise die Differenz zwischen Sättigungstemperatur bei gegebenem Druck und Wandtemperatur, wobei die Temperatur der Dampfhauptströmung normalerweise identisch mit der Sättigungstemperatur ist. Meßtechnisch ist die Dampfhauptströmungstemperatur viel einfacher zugänglich als die Phasengrenzflächentemperatur, so daß man üblicherweise die Dampfhauptströmungstemperatur als Referenztemperatur zur Bestimmung des Wärmeüberganges nimmt. Bei Zweistoffgemischen ist die Temperatur durch den zusätzlich vorhandenen Parameter ‚Konzentration‘ nicht mehr im Sättigungszustand an den Druck gebunden (siehe Gibbssche Phasenregel in Kapitel 10). Dies hat zur Folge, daß die Phasengrenzflächentemperatur ganz erheblich von der Dampfhauptströmungstemperatur abweichen kann. Das hier vorgestellte Zweifluidmodell berechnet die tatsächliche lokale Phasengrenzflächentemperatur, die gleich der Flüssigkeitshauptströmungstemperatur ist, so daß zur Bestimmung des Wandwärmeübergangs in der Flüssigkeit Nusseltbeziehungen von reinen Stoffen benutzt werden können. Zur Berechnung des dampfseitigen Wandwärmeüberganges müssen jedoch Korrekturen für Schichten-, Schwall- und Pfropfenströmungen, wo der Dampf in direktem Kontakt mit der Rohrwand steht, entsprechend der tatsächlichen Phasengrenzflächentemperatur des an der Wand ablaufenden Flüssigkeitsfilms vorgenommen werden, da die Oberflächentemperatur des Films nicht in jedem Fall mit der Dampfhauptströmungstemperatur identisch ist.