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April 2015
Holger Bastuck
Experimentelle Untersuchungen zum Wärmeübergang und Druckverlust in Multiportflachrohren unter Kondensationsbedingungen von R134a und bei einphasiger Durchströmung mit Heptan
In zwei neu aufgebauten Versuchsanlagen werden drei Multiportflachrohre mit hydraulischen Durchmessern von 0,77mm, 0,91mm und 1,01mm bezüglich Wärmeübergang und Druckverlust bei einphasiger Durchströmung und unter Kondensation von R134a untersucht. Ein innovativer Versuchsaufbau und neuartige Messaufbauten zur störungsfreien Ermittlung des Kältemitteldruckes und der Kältemitteltemperatur an verschiedenen Stellen über die Versuchsrohrlänge hinweg, sowie zur Erfassung der Wandtemperatur der dünnwandigen Versuchsrohre, ermöglichen präzise Messungen bei geringen messtechnischen Unsicherheiten. Beide Anlagen erlauben außerdem die direkte Bestimmung des Kondensatmassenstroms durch ein Differenzdruckverfahren und damit eine unabhängige Überprüfung der Energiebilanzierung und des Dampfgehaltes.
Bei der einphasigen Zwangskonvektion decken die Messungen den Bereich der Reynolds-Zahlen zwischen 300 < Re < 13 000 ab, bei der Kondensation von R134a werden Massenstromdichten zwischen 200 kg/m²/s und 700kg/m²/s bei Drücken von 10bar, 15bar und 20bar betrachtet. Der mittlere Dampfgehalt beträgt bei den Messungen mit Kondensation x=0,1 bis x=0,9 bei einer während der Messung im Messbereich erzeugten Dampfgehaltsdifferenz von ∆x≈0,1.
Während die Messwerte der beiden größeren Rohre in zufriedenstellender Genauigkeit durch konventionelle Modelle vorhergesagt werden können, zeigt die Geometrie mit dem kleinsten hydraulischen Durchmesser eine unerwartet schlechte Performance. Es wird gezeigt, dass eine Verminderung des hydraulischen Durchmessers nicht zwangsläufig zu einer Leistungserhöhung führt. Dies führt zu der Vermutung, dass unterhalb einer gewissen Kanalgröße und Geometrie der hydraulische Durchmesser als alleinige geometrische Einflussgröße nicht mehr ausreichend ist.
Bei der einphasigen Zwangskonvektion decken die Messungen den Bereich der Reynolds-Zahlen zwischen 300 < Re < 13 000 ab, bei der Kondensation von R134a werden Massenstromdichten zwischen 200 kg/m²/s und 700kg/m²/s bei Drücken von 10bar, 15bar und 20bar betrachtet. Der mittlere Dampfgehalt beträgt bei den Messungen mit Kondensation x=0,1 bis x=0,9 bei einer während der Messung im Messbereich erzeugten Dampfgehaltsdifferenz von ∆x≈0,1.
Während die Messwerte der beiden größeren Rohre in zufriedenstellender Genauigkeit durch konventionelle Modelle vorhergesagt werden können, zeigt die Geometrie mit dem kleinsten hydraulischen Durchmesser eine unerwartet schlechte Performance. Es wird gezeigt, dass eine Verminderung des hydraulischen Durchmessers nicht zwangsläufig zu einer Leistungserhöhung führt. Dies führt zu der Vermutung, dass unterhalb einer gewissen Kanalgröße und Geometrie der hydraulische Durchmesser als alleinige geometrische Einflussgröße nicht mehr ausreichend ist.
Schlagwörter: Wärmeübergang; Druckverlust; Multiportflachrohr; Experiment; Kältemittel; R134a; einphasig; zweiphasig
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