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Strömung und Wärmeübergang bei der Oberflächenverdampfung und Filmkondensation

Flow and heat transfer in surface evaporation and film condensation

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Wärme - und Stoffübertragung Aims and scope Submit manuscript

Abstract

Using the mixing length model, equations were established to calculate the velocity profiles and pressure drop in turbulent downward directed gas/film flow. The thermal diffusivity needed for the calculation of heat transfer was determined from a semiempirical model. The calculated Nußelt-numbers agreed very well with experiments. For the design of falling-film evaporators, a computer program was developed, which enables to evaluate wall temperature, film thickness, evaporation rate etc. as a function of flow-path length.

Zusammenfassung

Mit Hilfe der Mischungswegtheorie wurden Gleichungen zur Berechnung der Geschwindigkeitsprofile und des Druckabfalles bei der turbulenten, abwärtsterichteten Gas/Film-Strömung aufgestellt. Zur Berechnung des Wärmeübergangs wurde die turbulente Temperaturleitfähigkeit aus einem halbempirischen Ansatz bestimmt. Es konnte eine befriedigende Übereinstimmung zwischen den berechneten und gemessenen Nußelt-Zahlen bei der Oberflächenverdampfung erzielt werden. Zur Auslegung von Fallstromverdampfern wurde ein Computerprogramm erstellt. Damit lassen sich Einflußgrößen wie Wandtemperatur, Filmdicke, Verdampfungsrate usw. in Abhängigkeit von der Lauflänge bestimmen.

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Abbreviations

a:

Temperaturleitfähigkeit

c:

spez. Wärmekapazität

d:

Durchmesser

fm :

bezogene mittlere turbulente Temperaturleitfähigkeit

Fi:

δ/(3ν2/g)1/3) Filmkennzahl

Fr:

\({u \mathord{\left/ {\vphantom {u {\sqrt {g\delta } }}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} {\sqrt {g\delta } }}\) Froude-Zahl

g:

Fallbeschleunigung

Ka:

ρσ3/gη4 Kapitza-Zahl

L:

Rohrlänge

l:

Mischungsweg

m:

Massenstrom

Nu:

α(ν2/g)1/3/λ Nußelt-Zahl

Nuδ :

αδ/λ Nußelt-Zahl des Filmes

p:

Druck

Pr:

ν/a Prandtl-Zahl

q:

Wärmestromdichte

R:

Radius

Re:

\({{\overline u \delta } \mathord{\left/ {\vphantom {{\overline u \delta } v}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} v}\) Reynolds-Zahl

Reü :

Übergangs-Reynolds-Zahl

Rew :

\((\delta \sqrt {\tau _W /\rho )} /v\) Schubspannungs-Reynolds-Zahl der Flüssigkeit

r:

radiale Koordinate

T:

Temperatur

u:

Geschwindigkeit

uw :

\(\sqrt {\tau _W /\rho )} \) Schubspannungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit

uδ :

Grenzflächengeschwindigkeit

uT :

\(\sqrt {\tau _\delta /\rho _G } \) Schubspannungsgeschwindigkeit des Gases

y:

Wandabstand

y* :

y/δ dimensionsloser Wandabstand

z:

axiale Koordinate

α :

Wärmeübergangskoeffizient

δ:

Filmdicke

η:

dyn. Viskosität

θ:

dimensionslose Temperatur

λ:

Wärmeleitfähigkeit

ν:

kin. Viskosität

ρ:

Dichte

σ :

Oberflächenspannung

τ:

Schubspannung

G:

Gas

K:

Kondensation

s:

Sättigung

t:

turbulent

w:

Wand

wi:

Welleninstabilität

δ:

Phasengrenze

-:

mittlere Größe

Literatur

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Authors and Affiliations

  1. Krupp Forschungsinstitut, Postfach 10 22 52, 4300, Essen 1

    Ch. Mostofizadeh

  2. Institut f. Technische Thermodynamik und Thermische Verfahrenstechnik Universität Stuttgart, Postfach 1140, 7000, Stuttgart 80

    K. Stephan

Authors
  1. Ch. Mostofizadeh
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  2. K. Stephan
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Mostofizadeh, C., Stephan, K. Strömung und Wärmeübergang bei der Oberflächenverdampfung und Filmkondensation. Wärme- und Stoffübertragung 15, 93–115 (1981). https://doi.org/10.1007/BF01002406

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