Manfred Weber

Wärmeübergang und Druckverlust wässeriger Tensidlösungen in Rohren

ZusammenfassungEine Zugabe geringer Mengen kationischer Tenside in Wasser bewirkt eine Dämpfung der axialen und vornehmlich radialen Turbulenzschwankungen und daraus resultierend eine Verminderung der Rohrreibungsverluste und des Wärmeübergangs gegenüber relnem Wasser. Neu entwickelte mizellare Tensidsysteme erfüllen die von der Fernwärmewirtschaft gestellten Anforderungen an eine hohe thermische und mechanische Langzeitstabilität und können als Reibungsminderer zur Reduzierung der Pumpleistung in den Transport- und Verteilungsleitungen eingesetzt werden. Um die Kosten beim Einsatz reibungsmindernder Tenside in Fernwärmesystemen beurteilen zu können, sind zunächst genauere Daten zum Wärmeübergang und Druckverlust in den für die Wärmeein- und- auskopplung benötigten Wärmetauschern zu ermitteln. In dieser Arbeit werden der Wärmeübergang und der Druckverlust wässeriger Tensidlösungen in geraden Rohren experimentell untersucht und unter Einbeziehung der in der Literatur vorliegenden Informationen zum Strömungsverhalten dieser Lösungen beschrieben. Den Abschluß der Arbeit bildet die Aufstellung einer Berechnungsgleichung für den Wärmeübergang wässeriger Tensidlösungen.

Wärmeübergang und Druckverlust wässeriger Tensidlösungen an einer querangeströmten berippten Rohrwendel

ZusammenfassungDurch Zugabe geeigneter Reibungsminderer in das Wasser von Fernwärmenetzen kann der auftretende Druckverlust beträchtlich gesenkt und somit die benötigte elektrische Antriebsenergie der Förderpumpen reduziert werden. Neu entwickelte Tensidsysteme erfüllen die Anforderungen der Fernwärmepraxis an die thermische und mechanische Belastbarkeit. Ein wichtiger Aspekt ist dabei die Beeinflussung des Wärmeüberganges in den für Fernwärmenetze gebräuchlichen Wärmeübertragern. In früheren Arbeiten wurden der Wärmeübergang und der Druckverlust wässeriger Tensidlösungen in geraden Rohren und in Rohrwendeln untersucht. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen werden in dieser Arbeit der Wärmeübergang und der Druckverlust wässeriger Tensidlösungen bei umströmten Rippenrohren, wie sie bei Brauchwassererwärmern auftreten, untersucht. Das Ziel ist die Darstellung und Beschreibung der auftretenden Effekte beim Einsatz solcher Lösungen, wobei aufgrund der komplexen Strömungszustände bisher keine Berechnungsgleichungen entwickelt werden konnten.

Modell zum turbulenten Wärmeübergang in Rohren auf der Basis radialer und axialer Turbulenzintensitäten für Newtonsche Fluide

ZusammenfassungAusgehend von vereinfachenden Annahmen zum Verlauf der radialen und axialen Geschwindigkeitsschwankungen in einem turbulent durchströmten Rohr wird eine den Wärmetransport beschreibende Differentialgleichung aufgestellt und numerisch gelöst. Es zeigt sich für den Fall der thermisch ausgebildeten Strömung bei konstanter Wandtemperatur, daß bei Newtonschen Fluiden die über dem Rohrquerschnitt vorliegende Mitteltemperatur („Mischtemperatur”) stets in einem Wandabstand von ca. 0,3·Rohrradius im radialen Temperaturprofil auftritt. Aufgrund dieses Sachverhalts kann mit Hilfe eines einfachen Widerstandsmodells ein Parameter RT relativ schnell an experimentelle Werte bzw. entsprechende Gebrauchsformeln angepaßt werden. Eine Überprüfung mit dem in der Literatur häufig angewendeten Ansatz, bei dem ein turbulenter Wärmeaustauschkoeffizient εq (eddy diffusity of heat) definiert wird, zeigt die Gültigkeit der durchgeführten Vereinfachungen. Mit der Modellvorstellung kann auch der Wärmeübergang nicht-Newtonscher Flüssigkeiten (z.B. reibungsmindernde Polymerlösungen) beschrieben werden, wenn deren Turbulenzintensitäten durch Messungen gegeben sind.