M. Wetzel

Zur Reduzierung der Emission ozon- und klimaschädigender Gase werden FCKW und FKW vermehrt durch natürliche Kältemittel (z.B. CO₂, NH₃, Propan) ersetzt. Als ein solches natürliches Kältemittel wird CO₂ aufgrund guter Wärmeübertragungseigenschaften und vorteilhafter Stoffeigenschaften für den Einsatz als Kältemittel heutzutage bereits eingesetzt, z.B. (Tief-)Kühlung, Busklimaanlagen und Wärmepumpen. Neben der Wahl des Kältemittels hat auch die Verdampfergeometrie Einfluss auf die Effektivität des Systems. So werden bspw. innenstrukturierte Rohre zur Verbesserung der Rohrbenetzung und somit zur Steigerung des Wärmeübergangs erprobt. Aufgrund der Schmierung von Kompressoren in realen Kältesystemen und der somit bedingten Ausbildung eines Kältemittel-Öl-Gemischs im Kreislauf wird die Leistungsfähigkeit eines Verdampfers auch durch die Ölkonzentration im Kältemittel beeinflusst.

Zur Untersuchung von Wärmeübergang und Druckverlust beim Strömungssieden von CO₂-Öl-Gemischen werden am Institut für Thermische Verfahrenstechnik Versuche an der institutseigenen Versuchsanlage durchgeführt. Als Öl wird ein in Tieftemperaturkälteanlagen eingesetztes, in CO₂ vollständig lösliches POE Öl verwendet. Aufgrund keiner bzw. nur geringer Messdaten zu den Gemischstoffdaten des untersuchten Stoffsystems, gelten die in Vorausberechnungsvorschriften von Wärmeübergang und Druckverlust eingehenden Stoffgrößen als nicht gesichert.

Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Literaturstudie zunächst Zugang zur Problemstellung verschaffen. Hierbei sind Möglichkeiten zur experimentellen Bestimmung und potentiell anwendbare Korrelationen von CO₂-Öl-Gemischstoffwerten zu identifizieren. Diese sind in eine Matlab-Routine zur Auswertung der Messdaten zu implementieren. Für Stoffgrößen, zu denen mehrere Stoffwert-Korrelationen ermittelt wurden, ist ein geeigneter Vergleich zu erstellen. Auf Basis des ersten Teils der Literaturstudie sind Vorschläge zur Bestimmung fehlender Stoffwert-Messdaten zu unterbreiten und ggf. Auftragsmessungen zu veranlassen. Des Weiteren sollen auch bewährte und aktuelle Berechnungsvorschriften zum Wärmeübergang und Druckverlust beim Strömungssieden in innendurchströmten Rohren in die Auswerteroutine miteingebunden werden. Mit der erweiterten Routine ist der Einfluss der Stoffwert-Korrelationen auf das Ergebnis der Vorausberechnung der Zielgrößen (Wärmeübergangskoeffizient und Druckverlust) festzustellen und zu diskutieren. Experimentelle Messdaten werden gestellt. Bei Bedarf sind gezielte Messungen an der Versuchsanlage durchzuführen.