Stephan Kotthoff:
Zum Einfluss von Fluid- und Heizflächeneigenschaften auf Wärmeübergang und Blasenbildung beim Sieden

In der Arbeit wird der Einfluss von Fluid und Heizfläche auf den Wärmeübergang beim Blasensieden
an horizontalen Kupferrohren untersucht. Der Wärmeübergang wird anhand des Wärmeübergangkoeffizienten
α behandelt, der als Quotient aus Wärmestromdichte q und Übertemperatur ∆T der Rohroberfläche
definiert ist. Zum Fluideinfluss wird mit zwei 8 mm-Rohren und 23 Fluiden in einem
großen Bereich von q und reduziertem Druck p* = p/pc gemessen und die Datenbasis in einem Literaturvergleich
erweitert. Im Zuge der Revision des VDI-Wärmeatlasses wurde damit ein Fluid-Parameter
Pf aus Oberflächenspannung σ und Steigung dp/dT der Dampfdruckkurve neu definiert und der Fluideinfluss
auf α bei mittleren Werten von q und p* stoffgruppen-übergreifend einheitlich beschrieben.
Zum Heizflächeneinfluss wird α mit den o.g. 8 mm-Rohren sowie einem 25 mm-Rohr mit 36 azimutal
verteilten Thermoelementen gemessen. Aus den Messwerten und früheren Daten zu Stahlrohren mit
D = 4, 8, bzw. 88 mm folgt eine einheitliche relative α(D)-Abhängigkeit. Außerdem wird die Wirkung
regelmäßig angeordneter und einfach geformter Makrovertiefungen (mit und ohne Hinterschneidungen)
auf der Rohroberfläche als Elementareffekt für das Blasensieden an Hochleistungsrohren untersucht
und nachgewiesen, dass der Wärmeübergang durch die Makrovertiefungen bei mittleren bis
tiefen reduzierten Drücken verbessert wird und die Hinterschneidungen den Effekt zusätzlich erhöhen.
Wegen der Bedeutung für den Heizflächeneinfluss wird die Blasenbildung mit einer Hochgeschwindigkeits-Videokamera
exemplarisch gemessen und als wichtigste Ergebnisse gefunden, dass der
Wärmeübergang in die an der Rohrunterseite hochgleitenden Blasen ähnlich hoch ist wie in die an
den Keimstellen anwachsenden, und dass die Variationsbreite der Blasenparameter so groß ist, dass
sie außer mit dem Mittelwert auch mit ihrer Häufigkeitsverteilung charakterisiert werden sollten.