View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

5 Modellierung und Simulation der Anlagenteilkomponenten
Zur Beschreibung dieses Wärmeübertragungsphänomens wird nach [44, p. Md1] die NuBelt­
Zahl in der folgenden Formulierung benötigt:
2)1/3
Nu=i' ( Y g (GI. 5.4)
Die Größe (y 2 /g)1I3 hat die Dimension einer Länge und wird an Stelle der schwerer zugänglichen
Filmdicke als charakteristische Länge verwendet. Die Reynolds-Zahl wird für den Rieselfilm mit
dem mit dem benetzten Umfang b definiert als [44, p. Md1]:
Re = m/b
11 (GI. 5.5)
Die Berechnungsgleichungen für den Fall des Siedens an der Filmoberfläche lauten
[44, p. Md5]:
mit
Nu = ~Nu~ + NU~rb ; Pr < 50 (GI. 5.6)
NU ,am = 0,9 . Re 1/2
(GI. 5.7)
NU tUrb
= 0,0062· Reo. 4 . PrO,65 (GI. 5.8)
Werden statt glatter Oberflächen gewellte Profile eingesetzt, können sich die Wärmeübergänge
nochmals um den Faktor 2 bis 2,5 erhöhen [97].
Reißt der Flüssigkeitsfilm im Verdampfer ab, verbleibt eine Tröpfchenströmung, die einen etwas
besseren Wärmeübergang als eine reine Gasströmung, jedoch einen deutlich schlechteren
Wärmeübergang im Vergleich zur Fallfilmverdampfung aufweist. Für die Berechnung des Wärmeübergangs
dieser Sprühstr6mung muss grundsätzlich zwischen dem Grenzfall des thermodynamischen
Gleichgewichts und des thermodynamischem Nichtgleichgewichts unterschieden
werden. Im Falle des thermodynamischen Gleichgewichts wird angenommen, dass sowohl die
Flüssigkeitstropfen als auch die Gas- beziehungsweise Dampfströmung die Sättigungstemperatur
innehaben. Zugeführte Wärme dient bei dieser Annahme ausschließlich der Verdampfung
der Flüssigkeit. Bei thermodynamischem Nichtgleichgewicht dient nur ein Teil der zugeführten
Wärme der Verdampfung von Flüssigkeit; der Rest bewirkt eine Überhitzung des in der Gasphase
befindlichen Mediums.
Zur Modellierung einer Sprühströmung in einem zweiphasigen Mehrkomponentengemisch wie
dem befeuchteten Brenngas sind keine verallgemeinerbaren Wärmeübergangsgesetze bekannt.
Vielfältige Untersuchungen für Tröpfchenströmungen wurden jedoch im Rahmen der
konventionellen Verdampfertechnik mit reinem Wasser als Strömungsmedium durchgeführt.
Demnach lassen sich Wärmeübergänge an Tröpfchenströmungen analog zu einphasigen Strömungen
bestimmen. Allerdings muss die für die reine Gasströmung ermittelte Reynolds-Zahl
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