Experimentelle Untersuchung und Modellierung der Kondensation in Plattenwärmeübertragung

Plattenwärmeübertrager (PWÜ) weisen im Vergleich zu anderen Wärmeübertragerbauarten viele positive Eigenschaften auf. Trotz stetig steigender Einsatzgebiete, auch für die Kondensation, gibt es in der frei zugänglichen Literatur noch keine belastbaren Berechnungsmodelle für den Druckverlust und den Wärmeübergang während dem Phasenwechsel in diesen Apparaten. Das Ziel dieser Arbeit ist die grundlegende Untersuchung der zweiphasigen Strömungen und deren Druckverluste und Wärmeübergänge während der Kondensation in einem PWÜ. In einem einzelnen gewellten Plattenspalt werden die sich ausbildenden zweiphasigen Strömungsformen visualisiert und charakterisiert sowie in Strömungsformenkarten kategorisiert. Der Zusammenhang der Strömungsformen mit den zweiphasigen Reibungsdruckverlusten, den lokalen Wärmeübergängen und den volumetrischen Dampfgehalten wird untersucht. In einem zweiten Versuchsstand werden der Wärmeübergang und der Druckverlust während der Kondensation in einem PWÜ als Teil eines Kompressionskältekreisprozesses analysiert. Durch lokale Temperaturmessungen und dem Aufstellen von Energiebilanzgleichungen können lokale Wärmeübergangskoeffizienten berechnet werden. Auf Basis der experimentellen Ergebnisse an den Versuchsständen wird ein phänomenologisches Modell für die abschnittsweise, strömungsformabhängige Berechnung des Wärmeübergangs und des Druckverlustes hergeleitet.