Erhöhung der Energieeffizienz durch Wärmeintegration. Bestimmung des äußeren Wärmeübergangskoeffizienten bei der Kondensation eines binären Gemisches an einem Rippenrohr

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Theoretische Grundlagen

2.1 Grundlagen der Wärmeübertragung

2.1.1 Arten des Wärmetransports

2.1.2 Konvektiver Wärmeübergang

2.1.2.1 Allgemeine Beschreibung der Problemstellung

2.1.2.2 Thermischer Widerstand und Wärmedurchgangskoeffizient

2.1.2.3 Logarithmisch gemittelte Temperaturdifferenz

2.1.2.4 Dimensionslose Kennzahlen

2.1.3 Theorien zur Kondensation von Reinstoffdämpfen

2.1.3.1 Nußeltsche Wasserhauttheorie für Glattrohroberflächen

2.1.3.2 Modelle von Briggs und Rose sowie Kumar et al. für Rippenrohroberflächen

2.1.4 Film-Reynolds-Zahl

2.2 Experimentelle Bestimmung des äußeren Wärmeübergangskoeffizienten

2.3 Grundlagen der Gemischkondensation

3 Experimentelle Durchführung

3.1 Aufbau der Versuchsanlage

3.2 Messbetrieb und Probenanalyse

3.2.1 Ablauf einer Messung

3.2.2 Analyse der Proben

3.2.2.1 Praktische Durchführung der Analyse

3.2.2.2 Umrechnung der Dichte in den Molanteil

3.3 Auswertung der Messdaten

4 Ergebnisse und Diskussion

4.1 Darstellung der Ergebnisse

4.1.1 Abhängigkeit des äußeren Wärmeübergangskoeffizienten von Wärmestromdichte und Molanteil

4.1.2 Vergleich zweier Gemische von n-Pentan und iso-Oktan mit unterschiedlichen Zusammensetzungen

4.1.3 Film-Reynolds-Zahl, diffusiver Wärmeübergangskoeffizient, Lewis-Zahl und relative Flüchtigkeit

4.2 Fehlerabschätzung

5 Zusammenfassung und Ausblick

A Korrelationen für die Stoffdaten des Kühlwassers

B Ergebnisse der Messungen am VA-Stahl-Rippenrohr

B.1 Wärmestromdichte und äußerer Wärmeübergangskoeffizient

B.2 Film-Reynolds-Zahl, diffusiver Wärmeübergangskoeffizient und -widerstand, Lewis-Zahl und relative Flüchtigkeit

Zielsetzung & Themen

Die Arbeit verfolgt das Ziel, den äußeren Wärmeübergangskoeffizienten bei der Kondensation eines binären Gemisches aus n-Pentan und iso-Oktan an einem horizontalen, niedrig berippten Stahlrohr experimentell zu bestimmen und das Kondensationsverhalten in Abhängigkeit von der Wärmestromdichte und der Gemischzusammensetzung zu analysieren.

• Experimentelle Untersuchung von Gemischkondensation an einem niedrig berippten Rippenrohr
• Vergleich der experimentell ermittelten Wärmeübergangskoeffizienten mit Reinstoff-Referenzwerten
• Quantifizierung des Einflusses der Gemischzusammensetzung (Molanteil) auf das Kondensationsverhalten
• Analyse der Transportphänomene (Diffusion, Stofftransportwiderstand) in der Dampf- und Kondensatphase
• Aufstellung von Korrelationsgleichungen für dimensionslose Kennzahlen wie Lewis-Zahl und relative Flüchtigkeit

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Motivation für die Untersuchung von Energieeffizienz und Wärmeintegration in industriellen Prozessen sowie Darstellung der Zielsetzung der Arbeit.

2 Theoretische Grundlagen: Einführung in die Wärmeübertragung, Kondensationstheorien (Nußelt) und die spezifischen Herausforderungen bei der Kondensation binärer Gemische.

3 Experimentelle Durchführung: Detaillierte Beschreibung der Versuchsapparatur, des Messaufbaus und der methodischen Vorgehensweise bei der Probenanalyse und Datenauswertung.

4 Ergebnisse und Diskussion: Präsentation der experimentellen Daten, Vergleich mit theoretischen Modellen und Diskussion der Einflüsse von Wärmestromdichte und Gemischzusammensetzung.

5 Zusammenfassung und Ausblick: Zusammenfassung der wesentlichen Erkenntnisse und Vorschläge für weiterführende Untersuchungen zur Erhöhung der Wärmestromdichte.

Schlüsselwörter

Kondensation, Binäres Gemisch, Rippenrohr, Wärmeübergangskoeffizient, n-Pentan, iso-Oktan, Wärmestromdichte, Phasengleichgewicht, Stofftransportwiderstand, Lewis-Zahl, Film-Reynolds-Zahl, Wärmeintegration, Stoffdaten, Experimentelle Bestimmung, Nußelt-Theorie

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit?

Es geht um die experimentelle Untersuchung der Kondensation eines binären Kohlenwasserstoffgemisches an einem niedrig berippten Kühlrohr, um den Wärmeübergang zu bestimmen.

Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?

Themenfelder sind die Wärmeübertragung bei der Kondensation, die Modellierung von Stofftransportwiderständen bei Gemischen sowie die messtechnische Erfassung von Wärmeströmen.

Was ist das primäre Ziel der Arbeit?

Das primäre Ziel ist die experimentelle Bestimmung des äußeren Wärmeübergangskoeffizienten für ein n-Pentan/iso-Oktan-Gemisch und die Analyse dessen Abhängigkeit von der Wärmestromdichte und der Gemischzusammensetzung.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Es wurde eine experimentelle Einzelrohranlage genutzt, wobei Messdaten (Temperatur, Druck, Massenstrom) über ein LabVIEW-System erfasst und anschließend mit Tabellenkalkulation ausgewertet wurden.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Im Hauptteil werden die theoretischen Grundlagen des Wärmetransports, der Versuchsaufbau, die Durchführung der Messreihen sowie die Auswertung der gewonnenen Daten mittels Korrelationsgleichungen detailliert beschrieben.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Die wichtigsten Begriffe sind Kondensation, Rippenrohr, Wärmeübergangskoeffizient, binäres Gemisch, Stofftransportwiderstand und Wärmestromdichte.

Warum ist die Kondensation von Gemischen komplexer als die von Reinstoffen?

Bei Gemischen tritt zusätzlich zum Wärmetransport ein Stofftransport durch Diffusion auf, da sich der weniger stark kondensierende Stoff an der Phasengrenze anreichert, was den Wärmedurchgang behindert.

Warum wurde ein Rippenrohr untersucht und kein Glattrohr?

Rippenrohre werden zur Oberflächenvergrößerung eingesetzt, um den Wärmeübergang gegenüber Glattrohren effizienter zu gestalten, was für industrielle Kondensatoren von großer Bedeutung ist.