@phdthesis{Merzsch2019, author = {Merzsch, Matthias}, title = {W{\"a}rme{\"u}bergang und Druckverlust bei der Kondensation von Wasserdampf im horizontalen Rohr bei Dr{\"u}cken bis 10 bar}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-50775}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2019}, abstract = {In der vorliegenden Arbeit wird die Kondensation von Wasserdampf im horizontalen Rohr bei Dr{\"u}cken bis 10 bar im Hinblick auf das W{\"a}rme{\"u}bertragungsverhalten und die entstehenden Druckdifferenzen untersucht. Um hierf{\"u}r eine entsprechende Ausgangsbasis zu schaffen, werden im ersten Teil der Arbeit die bereits ver{\"o}ffentlichten experimentellen Untersuchungen zum Thema zusammengefasst und diskutiert. Anschließend werden die vorhandenen theoretischen Grundlagen der Hydrodynamik von Zweiphasenstr{\"o}mungen sowie zum W{\"a}rme{\"u}bertragungsverhalten dargelegt. Dabei wird jeweils auf die bestehenden Schwierigkeiten bei der physikalischen Beschreibung der Ph{\"a}nomene und damit einhergehenden Unsicherheiten bei der Berechnung von Zielgr{\"o}ßen aufmerksam gemacht. Zur Berechnung des Reibungsdruckverlustes werden die Modelle von Friedel und Lockhart/Martinelli und zur Berechnung des W{\"a}rme{\"u}bergangskoeffizienten die Modelle von Thome, Shah, Cavallini, Numrich/M{\"u}ller, Dobson/Chato sowie Huhn gegen{\"u}bergestellt. Der eigentliche Schwerpunkt der Arbeit liegt daran anschließend bei der experimentellen Bestimmung der beiden Zielgr{\"o}ßen - spezifischer Druckverlust und W{\"a}rme{\"u}bergangskoeffizient - bei absoluten Sattdampfdr{\"u}cken zwischen 4…10 bar und Eintrittsgeschwindigkeiten bis 21,5 m/s. Die Entwicklung und die Errichtung der hierzu erforderlichen Versuchsapparatur erfolgten im Rahmen dieser Arbeit. Mit acht geometrisch identischen Doppelrohrw{\"a}rme{\"u}bertragern (Innendurchmesser Kondensationsrohr: 20,5 mm) lassen sich die ben{\"o}tigten lokalen Temperaturinformationen in Abh{\"a}ngigkeit des Kondensationsfortschrittes generieren, indem unter Konstanthalten der Ein- bzw. Austrittsbedingungen (Sattdampfdruck und -massenstrom, K{\"u}hlwassertemperatur und -durchsatz) die Anzahl durchstr{\"o}mter W{\"a}rme{\"u}bertrager variiert wird. Mit in Summe 63 Versuchspunkten bei drei Druckstufen und jeweils f{\"u}nf Eintrittsgeschwindigkeiten werden 15 W{\"a}rme{\"u}bergangs- und Druckverlustverl{\"a}ufe als Funktion des Kondensatanteils bzw. der Rohrl{\"a}ngskoordinate ermittelt. Der Vergleich der experimentellen Befunde mit den vorgestellten und bekannten Theorien zeigt zum Teil starke Abweichungen und nicht wiedergegebene Abh{\"a}ngigkeiten. Die mittleren relativen Abweichungen zwischen experimentellen und von den bestehenden Modellvorstellungen berechneten W{\"a}rme{\"u}bergangskoeffizienten liegen zwischen 16…42 \%. Ausgehend von den experimentellen Befunden dieser Arbeit werden Berechnungsgleichungen f{\"u}r den lokalen W{\"a}rme{\"u}bergangskoeffizienten sowie den spezifischen Druckverlust entwickelt. Der dar{\"u}ber hinaus durchgef{\"u}hrte Abgleich mit experimentellen Befunden aus der Literatur f{\"u}hrt dazu, dass ein breiterer Parameterbereich erfasst wird, als der in dieser Arbeit experimentell untersuchte. Die entwickelten Berechnungsmodelle erm{\"o}glichen eine deutlich bessere Vorhersage von W{\"a}rme{\"u}bergang und Druckverlust als die bestehenden Modellvorstellungen. Aufgrund der komplexen Ph{\"a}nomenologie des Kondensationsprozesses im horizontalen Rohr bleibt eine Extrapolation dennoch mit Risiken verbunden. Die empfohlene Vorgehensweise zur Weiterentwicklung des Wissensstandes auf diesem Gebiet wird im Ausblick der Arbeit gegeben.}, subject = {Kondensation; W{\"a}rme{\"u}bergang; Druckverlust; Wasserdampf; Horizontales Rohr; Condensation; Heat transfer; Pressure loss; Steam; Horizontal pipe; Kondensatorrohr; Wasserdampf; Kondensation; W{\"a}rme{\"u}bergang; Druckabfall}, language = {de} }