Beitrag zum Behältersieden von Kohlenwasserstoffen an Rohren mit hinterschnittenen Oberflächen

Abstract

Die Aufgabenstellung dieser Arbeit umfaßt die theoretische und experimentelle Untersuchung der Wärmeübertragungsphänomene beim Behältersieden von Kohlenwasserstoffen an rohrförmigen Wärmeübertragungsoberflächen. Die Untersuchung solcher Wärmeübertragungsoberflächen, speziell Oberflächen mit hinterschnittenen Strukturen, soll der Weiterentwicklung von kompakten Wärmeübertragern dienen. Es wurden Experimente mit Rohren aus verschiedenen Materialien (Cu, CuNi, Edelstahl, St35.8) mit unterschiedlich strukturierten Oberflächen durchgeführt. Als Wärmeträger wurden der Kohlenwasserstoff Propan und in Einzelfällen auch der Kohlenwasserstoff n-Pentan bei Sättigungstemperaturen im Bereich von 253 K bis 293 K verwendet. Zur Beurteilung der Verbesserung der Wärmeübertragung durch den Einsatz strukturierter Oberflächen wurden Experimente mit glatten Referenzoberflächen herangezogen. Zur Visualisierung der Wärmeübertragungsphänomene und der Zweiphasenströmung von den Verdampferoberflächen wurde ein Hochgeschwindigkeitsvideosystem verwendet. Die visualisierten Vorgänge bei der Wärmeübertragung mit Phasenwechsel wurden mit einer am IKE entwickelten Software zur digitalen Bilddatenverarbeitung bezüglich wichtiger Verdampfungsparameter wie zum Beispiel Blasenfrequenz und Blasenabreissdurchmesser ausgewertet.

The topic of this thesis comprises of the theoretical and experimental investigation of the heat transfer phenomena of hydrocarbons from tubular heat transfer surfaces in the pool boiling mode. The results of the investigations of these heat transfer surfaces, especially of surfaces with re-entrant cavities, will be used to improve the efficiency of compact heat exchangers. The tested tubes, made of different wall materials (Cu, CuNi, Stainless Steel, St35.8), were provided with various surface structures. The hydrocarbon propane, and for some test also n-pentane, were used as working fluids at saturation temperatures in the range from 253 K to 293 K. The improvement factors of the structured surfaces are determined by comparison of their heat transfer coefficients with those of smooth reference surfaces. A high-speed videosystem was used to visualize the boiling phenomena and the two-phase flow from the heat transfer surfaces. A software for digital image processing, developed at IKE, is used for the evaluation of the video data to provide information about important boiling parameters, e.g. bubble departure diameter and bubble frequency.