Loading…
Numerische Berechnung des Wärme- und Stoffübergangs an welligen Fallfilmen binärer Gemische
Heidrich, Heike Elisabeth
In der verfahrenstechnischen Industrie wird die Fallfilmverdampfung vor allem bei temperaturempfindlichen Gemischen verwendet, um diese unter möglichst schonenden Bedingungen zu verarbeiten. Es ist bekannt, dass ein Zusammenhang zwischen Verdampfung, Welligkeit und Gemischkonzentration existiert. Obwohl schon viele experimentelle sowie numerische Untersuchungen hinsichtlich des Verständnisses dieses Zusammenhangs unternommen wurden, kann der gesamte Prozess in seiner Komplexität noch nicht vollständig erklärt werden. Zur numerischen Untersuchung dieses Themas wird ein dünner Flüssigkeitsfilm, der über eine glatte, senkrechte, beheizte Wand rieselt, durch Lösen der Impuls-, Massen-, Energie- und Komponentenbilanz berechnet und die berechneten Ergebnisse mit Werten aus der Literatur und mit Messergebnissen, die am Institut für Energietechnik der Technischen Universtität Berlin ermittelt wurden, verglichen. Das in der vorliegenden Arbeit erstellte Modell wurde zunächst mit Werten aus der Literatur für einen einfachen Fall validiert. Anschließend wurden die in dieser Arbeit erstellten, modifizierten Randbedingungen implementiert. Es wurde eine stationäre Welle eines Wasser-Ethylenglykol-Gemisches betrachtet, wobei eine feste Form der Welle an einer glatten Wand vorgegeben wurde. Das Geschwindigkeits-, Temperatur- und Konzentrationsfeld wurden berechnet und mit experimentellen Untersuchungen verglichen. Dabei zeigte sich eine gute Übereinstimmung der experimentellen und numerischen Ergebnisse. Aus diesen validierten Berechnungen lassen sich Schlussfolgerungen über den Wärmetransport entlang der Welle in Abhängigkeit der Wellenform ziehen, die so aus experimentellen Untersuchungen nicht hervorgehen können, da es z. B. nicht möglich ist, die Geschwindigkeit in jedem Punkt zu jedem Zeitpunkt zu messen. Im Gegensatz zu Berechnungen von Miyara wird in der vorliegenden Untersuchung keine konstante Temperatur an der Wand vorgegeben, sondern eine konstante Wärmestromdichte. In Experimenten zeigte sich bei Messungen der Flüssigkeitstemperatur im wandnahen Bereich, dass diese Temperatur schwankt und daher nicht konstant angenommen werden sollte. Die vorliegende numerische Untersuchung macht den Einfluss des von der Wandtemperatur abhängenden Temperaturgradienten auf den Wärmeübergang deutlich.
