Die Kondensation von ruhenden Gemischen aus Dampf und geringen Anteilen an nicht kondensierendem Gas:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2007
|
| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Fortschritt-Berichte VDI
Reihe 3, Verfahrenstechnik ; 870 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XIV, 152 S. graph. Darst. |
| ISBN: | 9783183870035 |
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Formelzeichen IX
Kurzfassung xm
1 Einleitung und Problemstellung 1
1.1 Allgemeines zur Kondensation von Dampf mit nichtkondensierendem Gas 1
1.1.1 Anwendungsfälle 1
1.1.2 Prozessverlauf 1
1.2 Problemstellung 4
2 Stand der Forschung 8
3 Physikalische Modellierung 13
3.1 Abweichungen zwischen Theorie und Experiment 13
3.2 Gültigkeitsgrenze der Grenzschichttheorie 14
3.2.1 Gültigkeitsgrenze im Fall der freien Konvektion 15
3.2.2 Gültigkeitsgrenze im Fall der Kondensation ruhenden Dampfes 16
3.2.2.1 Kondensatfilm 16
3.2.2.2 Dampfraum 17
3.3 Stofftransportmechanismen bei der Kondensation ruhenden Dampfes 21
3.4 Verbesserung der physikalischen Modellierung 25
3.5 Die „modifizierte Grenzschichttheorie 26
3.5.1 Berücksichtigung der Krümmung 26
3.5.2 Annahmen und Vereinfachungen 29
3.5.2.1 Zweidimensionales Problem 29
3.5.2.2 Laminare, wellenfreie Strömung 30
3.5.2.3 Inkompressible Fluide 30
3.5.2.4 Gemischzusammensetzung 30
3.5.2.5 Ideale Mischung 31
3.5.2.6 Boussinesq Approximation 31
3.5.2.7 Vereinfachter Auftriebsterm 31
3.5.2.8 Sättigungszustand des Dampfes 32
3.5.2.9 Vernachlässigung der sensiblen Wärme 33
3.5.2.10 Vernachlässigung von Diffusionsthermik und Thermodiffusion 33
3.5.3 Zusammenstellung der Gleichungen 34
3.5.3.1,kodifizierte Grenzschichtgleichungen 34
3.5.3.2 Kopplungsbedingungen 34
3.5.3.3 Randbedingungen 35
3.6 Repräsentative Stoffwerte 37
3.6.1 Repräsentative Stoffwerte für den Kondensatfilm 37
3.6.2 Repräsentative Stoffwerte für den Dampfraum 38
3.6.3 Bestimmung der Stoffwerte 39
4 Mathematische Modellierung **
4.1 Die Nußeltsche Lösung für das waagrechte Rohr *)
4.2 Die Hermannsche Ähnlichkeitstransformation 4Z
4.2.1 Transformationsansatz 42
4.2.2 Das Hermannsche Ähnlichkeitsproblem 4
4.2.3 Transformierte Gleichungen
4.2.4 Transformierte Rand und Kopplungsbedingungen
4.2.5 Diskussion der Hermannschen Ähnlichkeitstransformation 50
4.3 Die neue Ähnlichkeitstransformation für die „modifizierten
Grenzschichtgleichungen
4.3.1 Transformationsansatz
4.3.2 Das Ähnlichkeitsproblem
54
4.3.3 Transformierte Gleichungen
4.3.4 Transformierte Rand und Kopplungsbedingungen
4.3.5 Diskussion der neuen Ähnlichkeitstransformation 5
4.3.6 Lokale Ähnlichkeit und Pseudoähnlichkeit 57
59
4.4 Lösung der gewöhnlichen Differentialgleichungen
5 Lösungen für die Kondensation am waagrechten Rohr
5.1 Berechnung des Wärmeübergangs
5.2 Lösungen für die Kondensation reinen Dampfes am waagrechten Rohr
5.2.1 Lösungsparameter °
5.2.2 Lokaler Wärmeübergang **
5.23 Mittlerer Wärmeübergang **
5.2.4 Vergleich mit der Nußehschen Lösung 69
5.2.5 Vergleich mit Lösungen nach der Grenzschichttheorie
5.2.6 Vergleich mit Messwerten 79
5.3 Lösungen für die Kondensation von Dampf mit nicbtkondensierendem Gas am
waagrechten Rohr 84
5.3.1 Lösungsparameter 84
5.3.2 Lokaler Wärmeübergang 85
5.3.3 Lokale Inertgaskonzentration an der Filmoberfläche 87
5.3.4 Mittlerer Wärmeübergang 89
5.3.5 Vergleich mit Lösungen nach der Grenzschichttheorie 91
5.3.6 Vergleich mit Messwerten 97
5.3.6.1 Vergleich mit den Messwerten von Othmer 98
5.3.6.2 Vergleich mit den Messergebnissen von Langen 100
5.3.6.3 Vergleich mit eigenen Messergebnissen 103
6 Übertragung der Lösungen auf die senkrechte Wand 105
6.1 Ansatz für die Übertragung 105
6.2 Geometrie der Viertelellipse 106
6.3 Lösung für die Kondensation reinen Dampfes an der Viertelellipse unter
Anwendung der Nußeltschen Wasserhauttheorie 107
6.4 Lösung für die Kondensation von Dampf/Gas Gemischen an der Viertelellipse
unter Anwendung der „modifizierten Grenzschichttheorie 109
6.5 Übertragene Lösungen für die Kondensation von Dampf mit nichtkondensierendem
Gas an der senkrechten Wand 110
6.5.1 Vergleich mit Messwerten 110
6.5.1.1 Vergleich mit den Messwerten von Al Diwany und Rose 111
6.5.1.2 Vergleich mit den Messwerten von Siegers und Seban 112
6.5.2 Lokale Inertgaskonzentration im Bereich der Oberkante der Kühlfläche 113
7 Experimentelle Untersuchung 115
7.1 Aufbau der Versuchseinrichtung 115
7.1.1 Die Versuchsanlage 115
7.1.1.1 Der Dampf kreislauf 116
7.1.1.2 Der Kühlwasserkreislauf 117
7.1.2 Der Versuchskondensator 118
7.1.3 Die Messeinrichtungen 120
7.1.3.1 Messung des Kühlwasser Massenstroms 121
7.1.3.2 Messung des Kondensatmassenstroms 122
7.1.3.3 Messung der Temperaturen 122
7.1.3.4 Messung des Drucks 122
7.1.3.S Messung der Zusammensetzung des Dampf/Luft Gemisches 122
7.1.4 Messgenauigkeit 125
7.2 Versuchsdurchführung und Auswertung 126
7.2.1 Versuchsablauf 126
7.2.1.1 Einstellung eines Betriebszustandes 126
7.2.1.2 Ablesen der Messgeräte 127
7.2.1.3 Aufnehmen der zeitveränderlichen Werte 127
7.2.2 Kontrolle der Messwerte 127
7.2.2.1 Kontrolle der Temperaturmessungen 127
7.2.2.2 Kontrolle des übertragenen Wärmestroms 128
7.2.3 Versuchsauswertung 129
7.2.3.1 Zusammensetzung des Dampf/Luft Gemisches 129
7.2.3.2 Die mittlere Ternperaturdifferenz 130
7.2.3.3 Wärme und Stoffiransport 131
7.2.4 Versuchsergebnisse 134
8 Zusammenfassung 137
9 Anhang 139
9.1 Bestimmung der Stoffwerte 139
9.1.1 Dichte 139
9.1.2 Isobare spezifische Wärmekapazität l40
9.1.3 Wärmeleitfähigkeit I40
9.1.4 Dynamische Viskosität I41
9.1.5 Verdampfiingsenthalpie 142
9.1.6 Sättigungszustand I42
9.1.7 Diffusionskoeffizient in der Gasphase 143
9.1.8 Mischungsregeln für die Gasphase 1^3
9.2 Messergebnisse I44
10 Literaturverzeichnis I47
|
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Inhaltsverzeichnis
Formelzeichen IX
Kurzfassung xm
1 Einleitung und Problemstellung 1
1.1 Allgemeines zur Kondensation von Dampf mit nichtkondensierendem Gas 1
1.1.1 Anwendungsfälle 1
1.1.2 Prozessverlauf 1
1.2 Problemstellung 4
2 Stand der Forschung 8
3 Physikalische Modellierung 13
3.1 Abweichungen zwischen Theorie und Experiment 13
3.2 Gültigkeitsgrenze der Grenzschichttheorie 14
3.2.1 Gültigkeitsgrenze im Fall der freien Konvektion 15
3.2.2 Gültigkeitsgrenze im Fall der Kondensation ruhenden Dampfes 16
3.2.2.1 Kondensatfilm 16
3.2.2.2 Dampfraum 17
3.3 Stofftransportmechanismen bei der Kondensation ruhenden Dampfes 21
3.4 Verbesserung der physikalischen Modellierung 25
3.5 Die „modifizierte Grenzschichttheorie" 26
3.5.1 Berücksichtigung der Krümmung 26
3.5.2 Annahmen und Vereinfachungen 29
3.5.2.1 Zweidimensionales Problem 29
3.5.2.2 Laminare, wellenfreie Strömung 30
3.5.2.3 Inkompressible Fluide 30
3.5.2.4 Gemischzusammensetzung 30
3.5.2.5 Ideale Mischung 31
3.5.2.6 Boussinesq Approximation 31
3.5.2.7 Vereinfachter Auftriebsterm 31
3.5.2.8 Sättigungszustand des Dampfes 32
3.5.2.9 Vernachlässigung der "sensiblen" Wärme 33
3.5.2.10 Vernachlässigung von Diffusionsthermik und Thermodiffusion 33
3.5.3 Zusammenstellung der Gleichungen 34
3.5.3.1,kodifizierte Grenzschichtgleichungen" 34
3.5.3.2 Kopplungsbedingungen 34
3.5.3.3 Randbedingungen 35
3.6 Repräsentative Stoffwerte 37
3.6.1 Repräsentative Stoffwerte für den Kondensatfilm 37
3.6.2 Repräsentative Stoffwerte für den Dampfraum 38
3.6.3 Bestimmung der Stoffwerte 39
4 Mathematische Modellierung **
4.1 Die Nußeltsche Lösung für das waagrechte Rohr *)
4.2 Die Hermannsche Ähnlichkeitstransformation 4Z
4.2.1 Transformationsansatz 42
4.2.2 Das Hermannsche Ähnlichkeitsproblem 4'
4.2.3 Transformierte Gleichungen
4.2.4 Transformierte Rand und Kopplungsbedingungen
4.2.5 Diskussion der Hermannschen Ähnlichkeitstransformation 50
4.3 Die neue Ähnlichkeitstransformation für die „modifizierten
Grenzschichtgleichungen"
4.3.1 Transformationsansatz
4.3.2 Das Ähnlichkeitsproblem "
54
4.3.3 Transformierte Gleichungen
4.3.4 Transformierte Rand und Kopplungsbedingungen
4.3.5 Diskussion der neuen Ähnlichkeitstransformation 5
4.3.6 Lokale Ähnlichkeit und Pseudoähnlichkeit 57
59
4.4 Lösung der gewöhnlichen Differentialgleichungen
5 Lösungen für die Kondensation am waagrechten Rohr
5.1 Berechnung des Wärmeübergangs
5.2 Lösungen für die Kondensation reinen Dampfes am waagrechten Rohr "
5.2.1 Lösungsparameter °
5.2.2 Lokaler Wärmeübergang **
5.23 Mittlerer Wärmeübergang **
5.2.4 Vergleich mit der Nußehschen Lösung 69
5.2.5 Vergleich mit Lösungen nach der Grenzschichttheorie
5.2.6 Vergleich mit Messwerten 79
5.3 Lösungen für die Kondensation von Dampf mit nicbtkondensierendem Gas am
waagrechten Rohr 84
5.3.1 Lösungsparameter 84
5.3.2 Lokaler Wärmeübergang 85
5.3.3 Lokale Inertgaskonzentration an der Filmoberfläche 87
5.3.4 Mittlerer Wärmeübergang 89
5.3.5 Vergleich mit Lösungen nach der Grenzschichttheorie 91
5.3.6 Vergleich mit Messwerten 97
5.3.6.1 Vergleich mit den Messwerten von Othmer 98
5.3.6.2 Vergleich mit den Messergebnissen von Langen 100
5.3.6.3 Vergleich mit eigenen Messergebnissen 103
6 Übertragung der Lösungen auf die senkrechte Wand 105
6.1 Ansatz für die Übertragung 105
6.2 Geometrie der Viertelellipse 106
6.3 Lösung für die Kondensation reinen Dampfes an der Viertelellipse unter
Anwendung der Nußeltschen Wasserhauttheorie 107
6.4 Lösung für die Kondensation von Dampf/Gas Gemischen an der Viertelellipse
unter Anwendung der „modifizierten Grenzschichttheorie'' 109
6.5 Übertragene Lösungen für die Kondensation von Dampf mit nichtkondensierendem
Gas an der senkrechten Wand 110
6.5.1 Vergleich mit Messwerten 110
6.5.1.1 Vergleich mit den Messwerten von Al Diwany und Rose 111
6.5.1.2 Vergleich mit den Messwerten von Siegers und Seban 112
6.5.2 Lokale Inertgaskonzentration im Bereich der Oberkante der Kühlfläche 113
7 Experimentelle Untersuchung 115
7.1 Aufbau der Versuchseinrichtung 115
7.1.1 Die Versuchsanlage 115
7.1.1.1 Der Dampf kreislauf 116
7.1.1.2 Der Kühlwasserkreislauf 117
7.1.2 Der Versuchskondensator 118
7.1.3 Die Messeinrichtungen 120
7.1.3.1 Messung des Kühlwasser Massenstroms 121
7.1.3.2 Messung des Kondensatmassenstroms 122
7.1.3.3 Messung der Temperaturen 122
7.1.3.4 Messung des Drucks 122
7.1.3.S Messung der Zusammensetzung des Dampf/Luft Gemisches 122
7.1.4 Messgenauigkeit 125
7.2 Versuchsdurchführung und Auswertung 126
7.2.1 Versuchsablauf 126
7.2.1.1 Einstellung eines Betriebszustandes 126
7.2.1.2 Ablesen der Messgeräte 127
7.2.1.3 Aufnehmen der zeitveränderlichen Werte 127
7.2.2 Kontrolle der Messwerte 127
7.2.2.1 Kontrolle der Temperaturmessungen 127
7.2.2.2 Kontrolle des übertragenen Wärmestroms 128
7.2.3 Versuchsauswertung 129
7.2.3.1 Zusammensetzung des Dampf/Luft Gemisches 129
7.2.3.2 Die mittlere Ternperaturdifferenz 130
7.2.3.3 Wärme und Stoffiransport 131
7.2.4 Versuchsergebnisse 134
8 Zusammenfassung 137
9 Anhang 139
9.1 Bestimmung der Stoffwerte 139
9.1.1 Dichte 139
9.1.2 Isobare spezifische Wärmekapazität l40
9.1.3 Wärmeleitfähigkeit I40
9.1.4 Dynamische Viskosität I41
9.1.5 Verdampfiingsenthalpie 142
9.1.6 Sättigungszustand I42
9.1.7 Diffusionskoeffizient in der Gasphase 143
9.1.8 Mischungsregeln für die Gasphase 1^3
9.2 Messergebnisse I44
10 Literaturverzeichnis I47 |
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