Erweiterter Betriebsbereich von Naturumlaufverdampfern durch Drahtgestrickeinbauten

Erweiterter Betriebsbereich von Naturumlaufverdampfern durch Drahtgestrickeinbauten von Lu,  Yan
Gegenstand dieser Dissertation ist die Untersuchung des Einflusses von Drahtgestrickeinbauten auf das fluiddynamische und wärmetechnische Betriebsverhalten bei der Naturumlaufverdampfung. Die untersuchten Einbauten wurden angesichts ihres Potenzials, das Betriebsverhalten von Naturumlaufverdampfern zu verbessern und den Betriebsbereich zu erweitern, bewertet. Die Experimente erfolgten an einem mit Wasserdampf beheizten Verdampfer mit drei Verdampferrohren der Geometrie da x s x L = 20 mm x 2 mm x 1.500 mm. Die Einbauten befanden sich in den unteren 40 % der Verdampferrohre, dem Bereich, in dem in den meisten Fällen eine einphasige Konvektion stattfindet. Als Versuchsmedien dienten Wasser und ein Wasser-Glycerin Gemisch. Die experimentellen Untersuchungen geben einen vertieften Einblick in charakteristische Betriebszustände in Naturumlaufverdampfern, angefangen von der Initialisierung des Selbstumlaufs, über die Destabilisierung des Selbstumlaufs mit nicht linearem Betriebsverhalten, bis hin zum stabilen Selbstumlauf. Die experimentellen Ergebnisse wurden anschließend mit Daten eines iterativ, segmentweise und mit etablierten Korrelationen rechnenden Simulationsprogramms verglichen.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik

Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik von Augustin,  Wolfgang, Prof. Dr. Scholl,  Stephan
Der Bericht stellt die Tätigkeiten des Instituts für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik der TU Braunschweig in den Jahren 2019 und 2020 vor. Dies umfasst die personelle Entwicklung wie auch die Aktivitäten auf dem Gebiet der Lehre, wie Vorlesungen, Übungen und studentische Arbeiten. Ein Schwerpunkt liegt auf der Darstellung der aktuellen breiten Palette von grundlagen- bis anwendungsorientierter Forschungsthemen in den fünf Arbeitsgebieten des ICTV: Fouling und Reinigung, Innovative Apparate und Anlagenkonzepte, Nachhaltige Produktionstechnologien, Prozesstechniken der Wirkstoffe sowie Pharmazeutisch-Chemische Reaktionstechnik. Ausführlicher werden auch die in dem Berichtszeitraum abgeschlossenen Promotionen beschrieben. Abschließend sind die Vorträge und Veröffentlichungen aufgeführt.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Erforschung und Entwicklung einer hocheffizienten ORC-Einheit aus Kunststoff mit natürlichen Arbeitsfluiden im Niedrigtemperaturbereich (hOrcan)

Erforschung und Entwicklung einer hocheffizienten ORC-Einheit aus Kunststoff mit natürlichen Arbeitsfluiden im Niedrigtemperaturbereich (hOrcan) von Luke,  Andrea
Der ORC-Prozess ist eine vielversprechende Technologie zur Nutzung von Abwärmepotentialen basierend auf einem klassischen Dampfkreisprozess. In dem Projekt wird eine Anlage mit einem ORC-Prozess für den Niedrigtemperaturbereich (bis zu Temperaturen von 120°C) unter Verwendung eines natürlichen Arbeitsfluides entwickelt. Im Fokus stehen die Nutzung industrieller und gewerblicher (Ab-) Wärmequellen im kleinen Leistungsbereich. Mithilfe eines an der Universität entstandenen Berechnungsmodells werden Parametervariationen für eine Vielzahl verschiedener Stoffe (natürliche und synthetische Kältemittel) durchgeführt und der Prozess für typische Anwendungen aus der Praxis ausgelegt. Verschiedene Geometrien der Wärmeübertrager werden unter Berücksichtigung des Pinchpoints bewertet und neue Erkenntnisse zu Wärmeübergang bei der Verdampfung fließen ein. Mit dem Berechnungsprogramm wird eine Versuchsanlage kleiner Leistung für den Niedertemperaturbereich im Labormaßstab an der Universität und eine Pilotanlage mit bis zu 15 kW elektrischer Leistung in der Praxis ausgelegt und aufgebaut. Die generierten Ingenieursdaten zum Wärmeübergang werden in einem weiten Temperatur- und Druckbereich als wichtige Eingangsparameter in der Prozessberechnung und für zukünftige Auslegungen nicht nur von ORC-Prozessen benötigt. Eine Siedeanlage wird dazu modifiziert und in Betrieb genommen.
Aktualisiert: 2020-12-26
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Untersuchung des Druckverlustes und des Wärmeübergangs mit und ohne Phasenwechsel in CO2-Kältemittelleitungen

Untersuchung des Druckverlustes und des Wärmeübergangs mit und ohne Phasenwechsel in CO2-Kältemittelleitungen von Subei,  Christoph
Im Bereich der Fahrzeugklimatisierung stellt das natürliche Kältemittel CO2 eine Alternative zu synthetischen Kältemitteln dar. In dieser Arbeit werden Druckverluste bei der einphasigen und zweiphasigen Durchströmung unterschiedlich geformter Rohrleitungen mit CO2 untersucht. Da in bisherigen Systembetrachtungen von Fahrzeugklimaanlagen die Kältemittelleitungen nicht detailliert abgebildet werden, wird zudem der Einfluss der teilweise mehrere Meter langen Rohrleitungen auf die Effizienz des Gesamtsystems analysiert. Außerdem wird der Wärmeübergang bei der Verdampfung von CO2 betrachtet. Druckverlust und Wärmeübergangskoeffizient werden experimentell bestimmt und mit Modellen der Systemsimulation sowie mittels numerischer Strömungssimulation berechnet. Eine Verschaltung einfacher eindimensionaler Modelle unterschätzt die Druckverluste realer Fahrzeugkältemittelleitungen um 46%. Für die mittels CFD berechneten Werte beträgt die Abweichung etwa 30%. Die Berücksichtigung der Druckverluste der Rohrleitungen in der Systemsimulation führt gegenüber einem Vergleichsmodell ohne Kältemittelleitungen zu einer Verringerung des COP um bis zu 9,3%. Der Verdampfungsprozess wird in einem elektrisch beheizten horizontalen Rohr untersucht. Es zeigt sich, dass Literaturkorrelationen den Wärmeübergangskoeffizienten bei hohen reduzierten Drücken deutlich überschätzen. Mit der numerischen Strömungssimulation wird mit einem Fehler von 9,5% eine gute Übereinstimmung zwischen berechneten und experimentell bestimmten Werten erzielt. Insbesondere werden das Austrocknen der Rohrwand und der damit verbundene Temperaturanstieg sehr gut lokalisiert.
Aktualisiert: 2020-12-26
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VDI-Wärmeatlas

VDI-Wärmeatlas von VDI e.V.
Geschrieben von Spezialisten aus Industrie und Wissenschaft, ermöglicht das Standardwerk die Auslegung technischer Apparate und Anlagen, z. B. in der Verfahrens- und der Energietechnik. Dafür werden Daten bereitgestellt, Berechnungsmethoden eingehend erläutert und Konstruktionen vorgestellt. Die 11. deutsche Auflage enthält zahlreiche neue Beiträge, die Kapitel wurden komplett überarbeitet und dem Stand der Technik angepasst. Seit über 50 Jahren ein unentbehrliches Arbeitsmittel für Ingenieure, die sich mit Fragen der Wärmeübertragung beschäftigen.
Aktualisiert: 2023-03-14
Autor:
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VDI-Wärmeatlas

VDI-Wärmeatlas
Der VDI-Wärmeatlas ist ein unentbehrliches Arbeitsmittel für den Ingenieur, der sich mit Fragen zur Wärme- und Stoffübertragung beschäftigt. Das Werk ermöglicht die technisch wie wirtschaftlich optimale Auslegung verfahrenstechnischer Apparate und Anlagen. Da alle Beiträge einem umfassenden fachlichen Prüfverfahren unterzogen wurden, erhält der Nutzer ein Höchstmaß an Sicherheit, dass die Daten, Berechnungsverfahren und Aussagen dem neuesten Stand des Wissens entsprechen. Auf Grund jüngster Entwicklungen und mit Blick auf erkennbare Trends wurde die 9. Auflage zum Teil neu strukturiert. Sie zeichnet sich gegenüber der Vorauflage dadurch aus, dass sie neben zahlreichen Aktualisierungen und Ergänzungen auch viele völlig neu geschriebene Beiträge enthält (v.a. in Teil L: Druckverlustberechnung). Um wie bisher allen Interessenten gerecht zu werden, gibt es den Wärmeatlas weiterhin in Buchform, als Ringbuch und CD-ROM.
Aktualisiert: 2023-04-07
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VDI-Wärmeatlas

VDI-Wärmeatlas von VDI e.V.
Geschrieben von Spezialisten aus Industrie und Wissenschaft, ermöglicht das Standardwerk die Auslegung technischer Apparate und Anlagen, z. B. in der Verfahrens- und der Energietechnik. Dafür werden Daten bereitgestellt, Berechnungsmethoden eingehend erläutert und Konstruktionen vorgestellt. Die 11. deutsche Auflage enthält zahlreiche neue Beiträge, die Kapitel wurden komplett überarbeitet und dem Stand der Technik angepasst. Seit über 50 Jahren ein unentbehrliches Arbeitsmittel für Ingenieure, die sich mit Fragen der Wärmeübertragung beschäftigen.
Aktualisiert: 2020-07-10
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Einfluss der thermischen Stabilität von flüssigen Brenn- und Kraftstoffen auf den Aufbau und Abbau von Rückständen in Vliesverdampfern

Einfluss der thermischen Stabilität von flüssigen Brenn- und Kraftstoffen auf den Aufbau und Abbau von Rückständen in Vliesverdampfern von Koch,  Winfried
Die Verdampfung von flüssigen Brenn- und Kraftstoffen in porösen metallischen Vliesverdampfern ermöglicht eine alternative Verbrennungstechnologie. Diese Technologie ist für motorunabhängige Stand- und Zuheizgeräte in Fahrzeugen Stand der Technik und kann auch zur Gebäudebeheizung genutzt werden. Bei diesen Verdampfungskonzepten tritt eine vergleichsweise hohe thermische Belastung der flüssigen Phase bei der Verdampfung aufgrund der hohen Temperaturen der mit dem Brenn- oder Kraftstoff benetzten Bauteile auf. Dies kann dazu führen, dass es bei der Verdampfung von langzeitgelagerten flüssigen Brenn- und Kraftstoffen zur Bildung und Akkumulation von Rückständen durch Polymerisation oder pyrolytische Zersetzung unverdampfter Bestandteile des flüssigen Brenn- oder Kraftstoffs kommt. Die Bildung von Rückständen kann zu Betriebsstörungen führen. Mit Hilfe des in der vorliegenden Arbeit entwickelten idealisierten Grundlagenprüfstands zur Vliesverdampfung erfolgte eine Beurteilung, bei welcher Oberflächentemperatur der Vliesverdampfer und über welche Laufzeit des Systems eine rückstandsfreie Verdampfung von flüssigen Brenn- und Kraftstoffen möglich ist. Es wurde weiterhin untersucht, bei welcher Temperatur eine Regeneration durch Verbrennung von gebildeten Rückständen nach der Verdampfung möglich ist. Die festen Rückstände nach der Verdampfung, von allen untersuchten flüssigen Brenn- und Kraftstoffen, verbrennen erst ab Temperaturen der Vliesoberfläche von 500 °C bis 540 °C vollständig. Die Messergebnisse zeigen, dass die annähernd rückstandsfreie Verdampfung bei Oberflächentemperaturen von mehr als 300 °C in Vliesverdampfern bei ungealterten Brennstoffen gut zu handhaben ist, wobei auch hier Unterschiede bei der Menge an gebildeten Rückständen zu beobachten sind. Maßgeblichere Unterschiede bei der Menge an gebildeten Rückständen und der benötigten Zeit zur Regeneration bei Temperaturen der Vliesoberfläche von 300 °C und 310 °C wurden hingegen bei gealterten Brennstoffen gemessen. Die Erkenntnisse der idealisierten Grundlagenuntersuchungen zum Auf- und Abbau von Rückständen bei der Verdampfung flüssiger Brenn- oder Kraftstoffe bei Isothermie, müssen in nachfolgenden Arbeiten in verbrennungstechnischen Untersuchungen mittels anwendungsspezifischer Testzyklen überprüft werden, wobei die Flamme als Wärmequelle dient.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Naturumlaufverdampfung in einem Kissenplattenapparat

Naturumlaufverdampfung in einem Kissenplattenapparat von Goedecke,  Robert
Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung des Naturumlaufverhaltens und des Wärmeübergangs eines Kissenplatten-Naturumlaufverdampfers, bei dem die Verdampfung in den Spalten zwischen den Kissenplatten stattfindet. Besonderes Augenmerk wird auf Betriebsbedingungen bei kleinen treibenden Temperaturdifferenzen von unter 10 K und niedrigen Betriebsdrücken im Unterdruck von ≥ 200 mbar gelegt. Bei diesen Betriebsbedingungen zeigte sich ein sehr stabiles Umlaufverhalten bei der Verwendung der Reinstoffe Wasser und 1-Hexanol, sowie bei dem viskosen Wasser-Glycerin Gemisch. Des Weiteren werden Berechnungsgleichungen für die Kondensation in Kissenplatten sowie den ein- und zweiphasigen Druckverlust vorgeschlagen. Außerdem wurden Korrelationen für den einphasigen Wärmeübergang und für den verdampfungsseitigen Wärmeübergang entwickelt. Diese wurden in ein iterativ und segmentweise rechnendes Simulationsprogramm implementiert, um den Verdampfer und sein Umlaufverhalten vorauszuberechnen.
Aktualisiert: 2019-06-18
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Strahlungsabsorbierende Nanofluide und deren Verdampfungsverhalten

Strahlungsabsorbierende Nanofluide und deren Verdampfungsverhalten von Eggers,  Jan Rudolf, Kabelac,  Stephan
Die Solarthermie gilt als eines der Mittel, die Stromerzeugung dauerhaft von fossilen Energieträgern zu lösen. Eine bereits im kommerziellen Betrieb eingesetzte Technik stellen dabei Kraftwerke nach dem Parabolrinnenprinzip dar. Da der Ort der Absorption an der Außenfläche des Absorberrohres liegt, entstehen prinzipielle Verluste, die die Effizienz eines solchen solarthermischen Systems beschränken. In dieser Arbeit wird daher ein alternatives Konzept untersucht, in dem die Strahlung volumetrisch im Wärmeträgermedium absorbiert wird. So kann die Außentemperatur des Absorbers, die für die thermischen Verluste maßgeblich ist, reduziert werden. Als Absorptions- und Wärmeträgermedium sollen Nanofluide, also Flüssigkeiten mit darin dispergierten, nanoskaligen Partikeln, zum Einsatz kommen. Die vorliegende Untersuchung geht zunächst auf die Besonderheiten von Nanofluiden ein. Auf Basis der Mie-Theorie wird ein Rechenmodell entwickelt und experimentell validiert, das schließlich die Simulation von Strahlungs- und Temperaturfeldern im Absorber ermöglicht. Im Anschluss wird die für einen thermodynamischen Kreisprozess wichtige Verdampfung von Nanofluiden diskutiert. Schließlich wird der Blick auf eine systemische Betrachtung erweitert. So wird gezeigt, dass für Nanofluide eine neuartige Prozessgestaltung sinnvoll ist, die weitere Vorteile hinsichtlich der Prozessdynamik mit sich bringen kann.
Aktualisiert: 2019-11-07
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VDI-Wärmeatlas

VDI-Wärmeatlas von VDI e.V.
Geschrieben von Spezialisten aus Industrie und Wissenschaft, ermöglicht das Standardwerk die Auslegung technischer Apparate und Anlagen, z. B. in der Verfahrens- und der Energietechnik. Dafür werden Daten bereitgestellt, Berechnungsmethoden eingehend erläutert und Konstruktionen vorgestellt. Die 11. deutsche Auflage enthält zahlreiche neue Beiträge, die Kapitel wurden komplett überarbeitet und dem Stand der Technik angepasst. Seit über 50 Jahren ein unentbehrliches Arbeitsmittel für Ingenieure, die sich mit Fragen der Wärmeübertragung beschäftigen.
Aktualisiert: 2019-11-21
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Experimentelle Untersuchung und Auslegung von ministrukturierten Verdampfern unterschiedlicher Bauweise

Experimentelle Untersuchung und Auslegung von ministrukturierten Verdampfern unterschiedlicher Bauweise von Freund,  Andreas
Für die Bereitstellung dampfförmiger Ausgangsstoffe ohne Einsatz eines Trägergases ist in vielen technischen Anwendungsbereichen eine schwankungsarme und kontinuierliche Totalverdampfung kleiner bis mittlerer Flüssigkeitsströme eine wichtige Anforderung. Als Beispiele dafür sind die Verdampfung von Wasser und flüssigen Kohlenwasserstoffen in Brennstoffzellensystemen oder die gezielte Dosierung von Dampf im Labor- und Technikumsbereich zu nennen. Die vorliegende Arbeit behandelt die systematische Vorgehensweise bei der prozesstechnischen und konstruktiven Auslegung ministrukturierter Verdampfer in unterschiedlicher Bauweise. Anhand von zwei verschiedenen Verdampferkonzepten und Anforderungsprofilen wurde der Verdampfungsprozess in engen Kanälen detailliert untersucht. In einem ersten Teil wurde für die Kopplung der Verdampfung mit einer Verbrennungsreaktion die gegenseitige Wechselwirkung in einem kompakten Plattenverdampfer betrachtet und die geeignete apparative Gestaltung und Prozessführung bestimmt. Der zweite Teil beschäftigt sich mit der Analyse der hochdynamischen Vorgänge während der Verdampfung in engen Kanälen am Beispiel eines Kapillarverdampfers. Für die Auslegung und Optimierung des Kapillarverdampferkonzeptes ist weiterhin ein vereinfachtes, gekoppeltes 1D/3D-Simulationsmodell entwickelt worden.
Aktualisiert: 2022-12-21
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Wärme- und Stoffübertragung

Wärme- und Stoffübertragung von Leipertz,  Alfred
Das vorliegende Lehrbuch orientiert sich an den Inhalten der Vorlesung "Wärme- und Stoffübertragung", wie sie vom Verfasser seit 1989 für die Studenten mehrerer Studienrichtungen (Chemie- und Bioingenieurwesen, Fertigungstechnik bzw. Maschinenbau, Mechatronik und Computational Engineering) an der Technischen Fakultät der Universität Erlangen-Nürnberg einsemestrig gelesen wird. Durch die knappen Zeitvorgaben der Vorlesung bedingt können die Gebiete der Wärme- und der Stoffübertragung nicht gleichwertig ausführlich behandelt werden. Der hier eingeschlagene Weg leitet die wesentlichen Zusammenhänge der Stoffübertragung, neben einfachen Grundlagen der äquimolaren und einseitigen Diffusion, aus der Analogie von Wärme- und Stoffübertragung ab und verbindet diese in noch kürzerer Form mit der Impulsübertragung.
Aktualisiert: 2019-12-30
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