BERICHTE ZUR - beim Lehrstuhl für Technische Thermodynamik

Berichte zur
Energie- und Verfahrenstechnik Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. Alfred Leipertz BEV
Schriftenreihe Heft 96.4
Dipl.-Ing. Gerd Koch
Untersuchungen zur Tropfenkondensation auf metallischen, hartstoffbeschichteten
Oberflächen
Dieser Bericht behandelt die Prüfung neuartiger Promoterschichten (Hartstoffschichten) zur Realisierung der
Tropfenkondensation (TK) auf unterschiedlichen Metallen, die Charakterisierung der Leistungsfähigkeit bei
der mit Wasserdampf unter Umgebungsdruck untersuchten Kondensationsform und die Feststellung zum
Einfluß unterschiedlicher Systembedingungen wie Randwinkelgröße, Wandneigung, Art des Wandmaterials
auf den Wärmeübergangskoeffizienten, sowie definierter Mischformen von Filmkondensation (FK) und TK.
Modellrechnungen mittels der Finite-Elemente-Methode bestätigen die meßtechnischen Feststellungen bei
den inhomogenen und instationären Übertragungsvorgängen auf der TK-Oberfläche. Die Prüfung der
Funktionstüchtigkeit von Versuchsanlage und Meßtechnik wurde mit FK-Messungen in sehr guter
Übereinstimmung zur Nusseltschen Wasserhauttheorie vorgenommen.
Die TK ermöglicht Wärmeübergangskoeffizienten, die um eine Größenordnung größer sind als bei FK. Die
Tropfenkondensation wird möglich, falls zwischen Wand und Kondensat unvollständige Benetzung herrscht.
Metalle, die aufgrund guter Wärmeleitfähigkeit, der Vielfalt der Gestaltungs- und Verarbeitungsmöglichkeiten
und der guten Festigkeitseigenschaften bevorzugt als Baumaterialien für Wärmeübertrager genutzt werden,
sind von nahezu allen Flüssigkeiten vollständig benetzbar (FK). Über eine Beschichtung der metallischen
Oberfläche mit Substanzen deutlich geringerer Oberflächenenergie können die für die TK nötigen
Benetzungsverhältnisse jedoch eingestellt werden. Dazu geeignete Schichten müssen einem umfangreichen
Anforderungsprofil entsprechen, denn, wie zahlreiche Untersuchungen zeigen, treten bei bereits bekannten
Schichten Stabilitätsprobleme auf und damit ein frühzeitiger Übergang von TK zu FK. Die Hartstoffschichten
zeigen Vorteile (günstige mechanische und tribologische Eigenschaften, hohe chemische
Widerstandsfähigkeit und Temperaturstabilität bis zu ca. 400°C) und sind zur Durchführung systematischer
Untersuchungen bei TK ausgezeichnet geeignet, weil Variationen im Herstellungsprozeß gezielt die
Realisierung unterschiedlich ausgeprägter Benetzungsverhältnisse ermöglichen.
Schriftenreihe Heft 97.2
Dipl.-Ing. Daniel Hofmann
Promotionspreis 1998 der
Technischen Fakultät
Universität Erlangen-Nürnberg
Zeit- und ortsaufgelöste Bestimmung der Temperatur- und
Konzentrationsverteilung in technischen Verbrennungssystemen über die gefilterte
Rayleigh-Streuung (FRS)
In dieser Arbeit wird die Fortentwicklung der Rayleigh-Streulichttechnik für eine verbesserte Nutzung in
technischen Verbrennungssystemen in Form der gefilterten Rayleigh-Streuung (FRS) vorgestellt. Eine
optische Filtertechnik verringert hierbei deutlich den größten Nachteil der Rayleigh-Streuung, die
Empfindlichkeit gegen Streulicht von Partikeln und Oberflächen.
Mit der FRS-Technik können die gleichen Meßgrößen erfaßt werden wie mit der konventionellen Rayleigh-
Streuung. Da durch die optische Filterung die direkte Proportionalität der detektierten Intensität zur Anzahldichte
im Meßvolumen verloren geht, muß zur Bestimmung von Druck- und Temperaturverteilungen durch
geeignete Modelle die spektrale Form der Rayleigh-Linie in ihrer Abhängigkeit von Druck, Temperatur und
Spezies berücksichtigt werden.
Mit der in dieser Arbeit angewandten Detektions- und Auswertetechnik sind Messungen von 2d-Verteilungen
im Einzelschuß möglich. Solche Messungen wurden unter anderem an einer rußenden Flamme durchgeführt.
Diese Flammen waren auf Grund der Interferenzen mit der Lichtstreuung an den Rußpartikeln bisher für
Temperaturmessungen mit optischen Meßtechniken nicht einfach oder gar nicht zugänglich.
Durch die FRS-Technik werden auch Messungen an eingeschlossenen Meßobjekten durch die
Unterdrückung des Streulichts wesentlich erleichtert, wodurch bei Untersuchungen an technisch relevanten
Meßobjekten wie z.B. geschlossenen Brennkammern oder in Verbrennungsmotoren eine wesentlich höhere
Seriennähe des Versuchsträgers erreicht werden kann. Die Reduktion des Streulichts von gelegentlich im
Brennraum auftretenden Flüssigkeitstropfen läßt dabei auf ein großes Potential der FRS-Technik zur
Untersuchung von Flüssigverbrennungen schließen.