Arnold Wohlfeil:
Wärme- und Stoffübertragung bei der Absorption an Rieselfilmen in Absorptionskälteanlagen

Zusammenfassung

In der vorliegenden Arbeit werden Wärme- und Stoffübergangseigenschaften während

der Riesenfilmabsorption am horizontalen Rohrbündel experimentell und analytisch un-

tersucht. Verwendet wurden als Stoffpaare Wasser und Lithiumbromid, das in den meisten

Absorptionskälteanlagen zur Raumklimatisierung vorkommt, und das organische Kälte-

mittel R134a, das in Kompressionskälteanlagen weit verbreitet ist, mit dem Lösungsmit-

tel DMAC. Ein eigenes Modell für die Absorption von Wasser in wässrige Lithiumbro-

midlösung wurde entwickelt. Das Modell koppelt den instationären Stofftransport in einen

halbunendlichen Körper mit einem stationären Wärmetransport.

Der gemessene Wärmeübergangskoeffzient für das Stoffpaar Wasser / Lithiumbromid

liegt im Bereich von 500-4000 W/m

400 W/m

wichtigste Einflussparameter für die Wärmeübergangskoeffzienten ist der Lösungsmas-

senstrom. Der Stoffübergangskoeffzient ist mit der Unterkühlung der Lösung korreliert,

wobei die Unterkühlung wiederum von der Position im Absorber und der Strömungsform

des Dampfes im Absorber abhängig ist.

Die dimensionslosen Kennzahlen zeigen verschiedene Abhängigkeiten. So ist die Nußelt-

Zahl von der Reynolds- und Prandtl-Zahl und die Sherwood-Zahl von der Reynolds-,

Schmidt- und Stefan-Zahl abhängig. Die gewonnen Korrelationen lassen sich physikalisch

jedoch nur schwer deuten, da die erklärenden Variablen untereinander abhängig sind und

eine zu geringe Variation aufweisen.

Die Verwendung des Additivs 2-Ethyl-1-Hexanol in den Abssorptionskälteanlage mit dem

Stoffpaar Wasser / Lithiumbromid ergab entgegen allen vorliegenden Veröffentlichun-

gen in der wissenschaftlichen Literatur und dem industriellen Stand der Technik keine

wesentliche Verbesserung des Wärme- und Stofftransportes, da das Additiv im Genera-

tor thermisch zersetzt wurde und die Rippen an den Absorberrohren die zu erwartende

Marangoni-Konvektion unterbinden.

Weiterhin werden Messdaten für die dynamische Oberflächenspannung von Additivgemi-

schen (Wasser mit 1-Octanol und Wasser mit 2-Ethyl-1-Hexanol) diskutiert. Dabei wurden

Oberflächenspannungen bei Temperaturen oberhalb der Umgebungstemperatur gemessen.

Die Ergebnisse zeigen, dass sich die erhöhte Löslichkeit von Additiven bei höheren Tem-

peraturen auch auf die dynamische Oberflächenspannung auswirkt. Dieser Effekt wird in

der Literatur zur Erklärung der Marangoni-Konvektion verwendet und konnte jetzt in

dem für die Absorption relevanten Zeitbereich nachgewiesen werden. Neben den kleinen

Oberflächenaltern ab 5 Millisekunden konnten Daten in einem Zeitbereich bis zu knapp

einer Minute gewonnen werden, wobei selbst nach einer Minute der Wert der statischen

Oberflächenspannung noch nicht erreicht wird. Die stark widersprüchlichen Literaturwer-

te für die statische Oberflächenspannung von Additivlösungen lassen sich damit auf nicht

abgeschlossene Relaxationsvorgänge zurückführen.

2K und für das Stoffpaar R134a / DMAC bei 100-2K. Der Stoffübergangskoeffzient liegt bei 20-400 g/m2s für beide Stoffpaare. Der