View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

5 Modellierung und Simulation der Anlagenteilkomponenten
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, - ,- Brenngasseite ein, Mess.
- - - Brenngasseite aus, Mess.
--Brenngasseite aus, Sim.
, - . - , Abgasseite ein, Mess.
- - - Abgasseite aus, Mess.
--Abgasseite aus, Sim.
Messung und
Simulation mit
Luft auf beiden
Seiten
Bild 5.12: Modellvalidierung: Aufheiz- und Abkühlvorgang des Verdampfers.
Messreihen mit eingedüstem kalten Wasser werden in einem zweiten Schritt betrachtet. Sie unterscheiden
sich insbesondere in der eingedüsten Wassermenge und dem Verhältnis von Wasseranteil
zu Brenngasanteil, das heißt dem SIe-Verhältnis. Im Versuch wird anstatt von Brenngas
und Abgas Luft verwendet, da am Teststand keine entsprechenden Gasversorgungen
vorhanden sind. In den Experimenten werden abgesehen von variierenden Wassermengen
auch verschiedene Abgasmengenströme und -eintrittstemperaturen untersucht.
In einigen Messreihen zeigt sich bei eingedüsten Wassermengen größer als 7 kg/h ein plötzlicher
Abfall der Temperatur am Brenngasaustritt. Die Ursache dieses Phänomens könnte eine
unvollständige Verdampfung der Wassertröpfchen innerhalb des Apparates sein, die zu einer
Benetzung des Temperaturfühlers am Ende des Brenngaskanals führen kann. Die Verdampfung
dieses Wasserfilms auf dem Sensor würde die beobachtete Temperaturabsenkung erklären.
Die Rechnungen aus dem vorherigen Abschnitt lassen jedoch eine zur vollständigen Verdampfung
ausreichende Verweilzeit eines Tröpfchens innerhalb der Komponente erwarten. Ein
Grund für den beschriebenen Effekt könnte daher eine Ungleichverteilung der Strömung innerhalb
des Verdampfers sein, die lokal zu einer beschleunigten Strömung und damit zu kürzeren
Verweilzeiten führt. Andererseits ist es möglich, dass einzelne Wassertröpfchen innerhalb des
Verdampfers emeut zu größeren Tropfen agglomerieren, die dann eine entsprechend längere
Verdampfungszeit benötigen. Nach Gleichung 5.14 überschreitet die Verdampfungszeit die mittlere
Verweilzeit des Gases im Verdampfer, falls die Tröpfchengröße über 60 11m beträgt. In der
realen Anlage können im Volllastbetrieb gerade Wassermengen von rund 7 kglh erreicht werden,
so dass das beschriebene Phänomen möglicherweise auftreten könnte. Allerdings ist zu
erwarten, dass die zusätzliche Wegstrecke bis zum Vorreformer im System und die damit verbundene
Verweilzeit eine komplette Verdampfung der Wassertröpfchen ermöglichen. Im Teillastbetrieb
ist eine unvollständige Verdampfung wegen der geringeren Wassermengen nicht
wahrscheinlich.
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