Bestimmung des Blasenverhaltens beim unterkühlten ...

Grundlagen Charakteristische Kenngrößen beim Sieden
Wärmeübertragungskoeffizient zu. Barthau unterschied erstmals bei der Zählung der
Keimstellendichte, wie viele Blasen während einer Momentaufnahme (momentane Keimstellen)
oder über eine längere Zeitperiode (kumulative Keimstellen) auf der Heizfläche aktiv
sind. Die Keimstellendichte ist für viele Berechnungsmodelle zum Wärmeübergang eine
wichtige Größe, da häufig davon ausgegangen wird, dass jede Blase zum Wärmetransport
beiträgt. So lässt sich anhand der Keimstellendichte, der mittleren Größe der Blase und der
Frequenz der Blasenentstehung der Wärmetransport berechnen.
Blasendynamik und Blasengröße
Die Blasendynamik beinhaltet die Prozesse des Blasenwachstums, der Ablösung von der
Heizfläche, der Kondensation und auch der Wartezeit zwischen zwei Blasenzyklen an der
Keimstelle. Die physikalischen Vorstellungen zum Blasenwachstum lassen sich in etwa in
zwei Kategorien einteilen. Die erste geht davon aus, dass das Blasenwachstum durch
Verdampfung entlang der gesamten Blasenkontur erfolgt, deren notwendige Energie aus der
überhitzten Flüssigkeitsschicht, die die Blase seit Beginn der Blasenentstehung umgibt,
geliefert wird. Nach dem zweiten Ansatz wird das Blasenwachstum durch eine intensive
Verdampfung nur am Blasenfuß gesteuert, deren Wärme aus einer kleinen überhitzen
Flüssigkeitsschicht (engl. micro-layer) zwischen der Heizfläche und der Blasengrenzfläche
stammt. Aus dieser werden große Dampfmengen in die Blase transportiert und der Heizfläche
Wärme entzogen. Der letztere Ansatz wird derzeit von mehreren Autoren [Man_01] favorisiert
und es wurden bereits erste Modellexperimente [Hoe_02] durchgeführt, die die lokal
sehr hohen Wärmestromdichten bestätigten. Die Blase wächst solange an, bis Kräfte diese
von der Heizfläche verdrängen oder die Energie für die Verdampfung aus der überhitzten
Grenzschicht für ein weiteres Wachstum nicht mehr ausreicht. Im ersten Fall wird sich die
Blase von der Heizfläche ablösen. Im zweiten dagegen ist die Temperatur der Heizfläche
nicht ausreichend hoch und die Blase kollabiert, während sie auf der Heizfläche aufsitzt.
Verschiedene Ansätze zur Bestimmung der Blasengröße wurden in der Vergangenheit vorgeschlagen,
wobei die meisten Ansätze alle auf die Blase wirkenden Kräfte analysieren und in
einer Kräftebilanz wiedergeben. Die erste und wohl bekannteste Formel für den maximalen
Durchmesser von Dampfblasen veröffentlichte Fritz [Fri_35]. Sie setzt das Gleichgewicht
zwischen Auftriebskraft und Haftkraft voraus.
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