M. Wetzel

Eine effiziente Auslegung von Verdampfern in kältetechnischen Anlagen erfordert eine möglichst präzise Vorhersage der sich einstellenden Strömungsform. Diese hängt dabei von zahlreichen Faktoren ab, wie bspw. den Stoffwerten des Kältemittels (Dichte, Viskosität,…), den Betriebsparametern (Druck, Strömungsgeschwindigkeit,…), der Geometrie (Glattrohr, Minikanal,…) und der Anordnung (vertikal, horizontal,…) des Verdampfers. Insbesondere in horizontalen Verdampfern ist die Kenntnis über die Strömungsform entscheidend, da während der Durchströmung des Verdampfers eine ausgeprägte Teilbenetzung der Oberfläche vorliegen kann (z.B. bei Schichtenströmung). Zudem können die Benetzungs¬verhältnisse stark alternieren (z.B. Schwallströmung). Klassisch und bis heute aktuell erfolgt die Bestimmung der Strömungsform mittels Hochgeschwindigkeitsvideografie. Diese Methode erlaubt allerdings eine rein subjektive Einschätzung und Einordnung der Strömungsform, ohne eine Aussage über die tatsächlichen Wandbenetzungsverhältnisse zu treffen. Für eine präzisere Bestimmung der Strömungsform wurde an der institutseigenen Versuchsanlage die punktuelle Messung der Filmdicke am Rohrscheitel erprobt. Allgemein ist eine 2D- bzw. 3D-Rekonstruktion der Strömungsform bislang nicht oder nur stark eingeschränkt möglich, bspw. nur unter Einbringen von Störobjekten ("wire-mesh") oder großem konstruktions- und sicherheitstechnischem Aufwand (z.B. Röntgentomografie).

Am Institut für Chemie und Polymerchemie (ITCP) wurde ein tomografisches Messsystem entworfen, welches basierend auf der Chemilumniszenz von OH* Radikalen eine 2D-Rekonstruktion der Flammenfront turbulenter Flammen ermöglicht (vgl. Abb.). Über das Messgerät wird die Farbintensität der Flamme aus verschiedenen Winkeln mittels speziell angeordneter Teleskope ermittelt und aus den Messdaten die Flammenfront in der Schnittebene bestimmt. Diese Messtechnik funktioniert somit vollständig kontaktfrei und erfordert nur einen geringen Sicherheitsaufwand.

Im Rahmen dieser Studienarbeit soll die am ITCP entwickelte Messtechnik auf die Anwendbarkeit zur Bestimmung der Strömungsform von Zweiphasenströmungen erprobt werden. Hierfür wird ein neues Messgerät in Anlehnung an des bereits Existierende aufgebaut. Desweiteren ist ein kompakter Versuchskreislauf zu entwerfen, mittels welchem Strömungsformen gezielt eingestellt werden können. Nach Fertigstellung des vollständigen Versuchsaufbaus ist das Messsystem zu erproben.

      
Abbildung: Tomografisches Messgerät (links) und ausgewertete Daten (rechts)¹

¹ Quelle: N. Anikin, R. Suntz, H. Bockhorn, Tomographic reconstruction of the OH*-chemilumniscence distribution in premixed and diffusion flames, Applied Physics B Lasers and Optics, Vol. 100 (3), 2010