Optimierung der F\u00fcllmengenberechnung in Plattenw\u00e4rme\u00fcbertragern<\/p>\n
K\u00c3\u00a4lteanlagen sind f\u00c3\u00bcr verschiedenste Anwendungen (bspw. Lebensmittelk\u00c3\u00bchlung, Geb\u00c3\u00a4udeklimatisierung und -beheizung) unverzichtbar. Technische Grundlage der meisten K\u00c3\u00a4lteanlagen ist ein K\u00c3\u00a4ltekreis nach dem Kaltdampfkompressionsprozess, der die vier Hauptkomponenten Verdichter, Verfl\u00c3\u00bcssiger, Expansionsventil und Verdampfer beinhaltet. Innerhalb dieses K\u00c3\u00a4ltekreises zirkuliert ein K\u00c3\u00a4ltemittel zum Transport der thermischen Energie von der W\u00c3\u00a4rmequelle zur W\u00c3\u00a4rmesenke. Das K\u00c3\u00a4ltemittel ist die f\u00c3\u00bcr die Effizienz einer K\u00c3\u00a4lteanlage entscheidende Komponente, die Auswahl eines geeigneten K\u00c3\u00a4ltemittels deshalb \u00c3\u00bcberaus relevant.<\/p>\n
Thermodynamisch gut geeignete K\u00c3\u00a4ltemittel sind oft toxisch, umweltgef\u00c3\u00a4hrdend oder brennbar. Regulierungen der EU (F-Gas-Verordnung) verbieten den Einsatz von vielen, bislang standardm\u00c3\u00a4\u00c3\u0178ig eingesetzten aber umweltgef\u00c3\u00a4hrdenden K\u00c3\u00a4ltemittel. Alternative K\u00c3\u00a4ltemittel d\u00c3\u00bcrfen – beispielsweise aufgrund von Sicherheitsvorschriften – nur mit sehr geringer F\u00c3\u00bcllmenge eingesetzt werden.<\/p>\n
Zur Verringerung der K\u00c3\u00a4ltemittelf\u00c3\u00bcllmenge in K\u00c3\u00a4lteanlagen ist es sinnvoll, bereits w\u00c3\u00a4hrend der Auslegung die K\u00c3\u00a4ltemittelf\u00c3\u00bcllmenge in jeder Komponenten zu kennen, um Optimierungen anzustreben, vor allem im zweiphasig durchstr\u00c3\u00b6mtem Kondensator und Verdampfer, die die gr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178ten inneren Volumina einer K\u00c3\u00a4lteanlage aufweisen. Die K\u00c3\u00a4ltemittelmasse im Bauteil ist dabei vom Volumen der gasf\u00c3\u00b6rmigen und der fl\u00c3\u00bcssigen K\u00c3\u00a4ltemittelphase abh\u00c3\u00a4ngig. Je nach Str\u00c3\u00b6mungsregime, das von verschiedenen Faktoren wie Massenstrom, Geometrie, Orientierung und Kanalgr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178e, dem auf das Fluid wirkenden Kr\u00c3\u00a4ftefeld sowie den Fluideigenschaften beeinflusst wird, sind unterschiedliche Anteile gasf\u00c3\u00b6rmig und fl\u00c3\u00bcssig. Der gasf\u00c3\u00b6rmige Anteil in der Str\u00c3\u00b6mung wird bei bestimmtem Massendampfanteil durch den Volumendampfanteil (auch Dampfblasenanteil, engl. Void-Fraction) beschrieben.<\/p>\n
In Anlagen mit Wasser oder Sole als W\u00c3\u00a4rmequelle oder -senke werden – aufgrund ihrer Kompaktheit – Plattenw\u00c3\u00a4rme\u00c3\u00bcbertrager am h\u00c3\u00a4ufigsten eingesetzt. Ein Plattenw\u00c3\u00a4rme\u00c3\u00bcbertrager besteht aus einer Vielzahl speziell gepr\u00c3\u00a4gter Platten, die jeweils um 180\u00c2\u00b0 gedreht nacheinander aufgereiht, kraftschl\u00c3\u00bcssig miteinander verl\u00c3\u00b6tet sowie von den beiden Fluiden alternierend durchstr\u00c3\u00b6mt werden. Die Pr\u00c3\u00a4gung ist meist ein sinusf\u00c3\u00b6rmiges Wellenmuster, die Zwischenr\u00c3\u00a4ume besitzen bei dieser Pr\u00c3\u00a4gung immer gleiche innere Volumina. Daneben sind asymmetrische Pr\u00c3\u00a4gungen entwickelt worden, bei denen die K\u00c3\u00a4ltemittelseite bei \u00c3\u00a4hnlicher W\u00c3\u00a4rme\u00c3\u00bcbertragungsleistung zur symmetrischen Pr\u00c3\u00a4gung ein geringeres inneres Volumen aufweist, was zur Einsparung von K\u00c3\u00a4ltemittel f\u00c3\u00bchrt. Hersteller von Plattenw\u00c3\u00a4rme\u00c3\u00bcbertragern geben jedoch keine Daten zur K\u00c3\u00a4ltemittelf\u00c3\u00bcllmenge in ihren Auslegungstools an, daneben sind nahezu keine validierten Berechnungsmethoden f\u00c3\u00bcr die F\u00c3\u00bcllmenge in Plattenw\u00c3\u00a4rme\u00c3\u00bcbertragern publiziert.<\/p>\n
In der Doktorarbeit sollen verschiedene Modelle zum Volumendampfgehalt, die zum Gro\u00c3\u0178teil f\u00c3\u00bcr runde Geometrien und bestimmte weitere Randbedingungen aufgestellt wurden, recherchiert, miteinander verglichen und f\u00c3\u00bcr den Fall des Plattenw\u00c3\u00a4rme\u00c3\u00bcbertragers validiert werden. Eine Beschreibung von symmetrischer und asymmetrischer Plattenpr\u00c3\u00a4gung allein mit Herstellerangaben soll erreicht werden. Die Modellberechnung und Validierung der Modelle wird in Modelica\/-Dymola realisiert. Zur Validierung der W\u00c3\u00a4rme\u00c3\u00bcbertrager wird ein Teststand in Betrieb genommen, mit dem maximal sechs unterschiedliche Plattenw\u00c3\u00a4rme\u00c3\u00bcbertrager, deren Auswahl in der Doktorarbeit erfolgt, sowohl als Verdampfer als auch als Kondensator bei unterschiedlichen Betriebspunkten vermessen werden. Die Plattenw\u00c3\u00a4rme\u00c3\u00bcbertrager werden als komplettes Bauteil, inklusive Zu- und Abl\u00c3\u00a4ufen vermessen. Dabei wird einerseits die K\u00c3\u00a4ltemittelmasse durch Gravimetrie nach Schlie\u00c3\u0178en pneumatischer Ventile an Zu- und Ablauf des W\u00c3\u00a4rme\u00c3\u00bcbertragers bei station\u00c3\u00a4ren Betriebsbedingungen sowie mit Thermografie und andererseits die \u00c3\u00b6rtliche K\u00c3\u00a4ltemittelverteilung durch eine Messmethode wie 3D-R\u00c3\u00b6ntgencomputertomografie oder einem \u00c2\u00a0\u00c3\u00a4hnlichen Verfahren, welches in der Doktorarbeit identifiziert werden muss, bestimmt. Zuletzt erfolgt eine Validierung der recherchierten Volumendampfgehaltmodelle mit den Messergebnissen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Optimierung der F\u00fcllmengenberechnung in Plattenw\u00e4rme\u00fcbertragern K\u00c3\u00a4lteanlagen sind f\u00c3\u00bcr verschiedenste Anwendungen (bspw. Lebensmittelk\u00c3\u00bchlung, Geb\u00c3\u00a4udeklimatisierung und -beheizung) unverzichtbar. Technische Grundlage der meisten K\u00c3\u00a4lteanlagen ist ein K\u00c3\u00a4ltekreis nach dem Kaltdampfkompressionsprozess, der die vier Hauptkomponenten Verdichter, Verfl\u00c3\u00bcssiger, Expansionsventil und Verdampfer beinhaltet. Innerhalb dieses K\u00c3\u00a4ltekreises zirkuliert ein K\u00c3\u00a4ltemittel zum Transport der thermischen Energie von der W\u00c3\u00a4rmequelle zur W\u00c3\u00a4rmesenke. Das K\u00c3\u00a4ltemittel […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[2477],"class_list":["post-52326","promotionsstipendium","type-promotionsstipendium","status-publish","hentry","tag-deutschland"],"meta_box":{"dbu_stipendiaten_az":"20019\/591","dbu_stipendiaten_anrede":"","dbu_stipendiaten_nachname":"Will","dbu_stipendiaten_vorname":"Torsten","dbu_stipendiaten_titel":"","dbu_stipendiaten_fbeginn":"2019-10-01 00:00:00","dbu_stipendiaten_fende":"2022-09-30 00:00:00","dbu_stipendiaten_e_anschrif":"Technische Universit\u00c3\u00a4t Braunschweig Fakult\u00c3\u00a4t Maschinenbau Institut f\u00c3\u00bcr Thermodynamik","dbu_stipendiaten_betreuer":"Prof. Dr. J\u00c3\u00bcrgen K\u00c3\u00b6hler","dbu_stipendiaten_email_dienst":"torstenwill1991@googlemail.com"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium\/52326","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/promotionsstipendium"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium\/52326\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":58338,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium\/52326\/revisions\/58338"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=52326"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=52326"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=52326"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}