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Strömung und Wärmeübergang bei der Oberflächenverdampfung und Filmkondensation

Authors:	Dr-Ing Ch Mostofizadeh Prof Dr K Stephan

Institution:	(1) Krupp Forschungsinstitut, Postfach 10 22 52, 4300 Essen 1;(2) Institut f. Technische Thermodynamik und Thermische Verfahrenstechnik Universität Stuttgart, Postfach 1140, 7000 Stuttgart 80

Abstract:	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. Flow and heat transfer in surface evaporation and film condensation 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. Formelzeichen a Temperaturleitfähigkeit - c spez. Wärmekapazität - d Durchmesser - f_m bezogene mittlere turbulente Temperaturleitfähigkeit - Fi /(3²/g)^1/3) Filmkennzahl - Fr ${u \mathord{\left/ {\vphantom {u {\sqrt {g\delta } }}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} {\sqrt {g\delta } }}$ Froude-Zahl - g Fallbeschleunigung - Ka ³/g⁴ Kapitza-Zahl - L Rohrlänge - l Mischungsweg - m Massenstrom - Nu (²/g)^1/3/ Nußelt-Zahl - Nu / Nußelt-Zahl des Filmes - p Druck - Pr /a Prandtl-Zahl - q Wärmestromdichte - R Radius - Re ${{\overline u \delta } \mathord{\left/ {\vphantom {{\overline u \delta } v}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} v}$ Reynolds-Zahl - Re_ü Übergangs-Reynolds-Zahl - Re_w $(\delta \sqrt {\tau _W /\rho )} /v$ Schubspannungs-Reynolds-Zahl der Flüssigkeit - r radiale Koordinate - T Temperatur - u Geschwindigkeit - u_w $\sqrt {\tau _W /\rho )}$ Schubspannungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit - u Grenzflächengeschwindigkeit - u_T $\sqrt {\tau _\delta /\rho _G }$ Schubspannungsgeschwindigkeit des Gases - y Wandabstand - y^* y/ dimensionsloser Wandabstand - z axiale Koordinate Griechische Zeichen Wärmeübergangskoeffizient - Filmdicke - dyn. Viskosität - dimensionslose Temperatur - Wärmeleitfähigkeit - kin. Viskosität - Dichte - Oberflächenspannung - Schubspannung Zusatzzeichen und Indizes G Gas - K Kondensation - s Sättigung - t turbulent - w Wand - wi Welleninstabilität - Phasengrenze - - mittlere Größe

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