Optimierung der F\u00fcllmengenberechnung in Plattenw\u00e4rme\u00fcbertragern<\/p>\n
K\u00e4lteanlagen sind f\u00fcr verschiedenste Anwendungen (bspw. Lebensmittelk\u00fchlung, Geb\u00e4udeklimatisierung und -beheizung) unverzichtbar. Technische Grundlage der meisten K\u00e4lteanlagen ist ein K\u00e4ltekreis nach dem Kaltdampfkompressionsprozess, der die vier Hauptkomponenten Verdichter, Verfl\u00fcssiger, Expansionsventil und Verdampfer beinhaltet. Innerhalb dieses K\u00e4ltekreises zirkuliert ein K\u00e4ltemittel zum Transport der thermischen Energie von der W\u00e4rmequelle zur W\u00e4rmesenke. Das K\u00e4ltemittel ist die f\u00fcr die Effizienz einer K\u00e4lteanlage entscheidende Komponente, die Auswahl eines geeigneten K\u00e4ltemittels deshalb \u00fcberaus relevant.<\/p>\n
Thermodynamisch gut geeignete K\u00e4ltemittel sind oft toxisch, umweltgef\u00e4hrdend oder brennbar. Regulierungen der EU (F-Gas-Verordnung) verbieten den Einsatz von vielen, bislang standardm\u00e4\u00dfig eingesetzten aber umweltgef\u00e4hrdenden K\u00e4ltemittel. Alternative K\u00e4ltemittel d\u00fcrfen – beispielsweise aufgrund von Sicherheitsvorschriften – nur mit sehr geringer F\u00fcllmenge eingesetzt werden.<\/p>\n
Zur Verringerung der K\u00e4ltemittelf\u00fcllmenge in K\u00e4lteanlagen ist es sinnvoll, bereits w\u00e4hrend der Auslegung die K\u00e4ltemittelf\u00fcllmenge in jeder Komponenten zu kennen, um Optimierungen anzustreben, vor allem im zweiphasig durchstr\u00f6mtem Kondensator und Verdampfer, die die gr\u00f6\u00dften inneren Volumina einer K\u00e4lteanlage aufweisen. Die K\u00e4ltemittelmasse im Bauteil ist dabei vom Volumen der gasf\u00f6rmigen und der fl\u00fcssigen K\u00e4ltemittelphase abh\u00e4ngig. Je nach Str\u00f6mungsregime, das von verschiedenen Faktoren wie Massenstrom, Geometrie, Orientierung und Kanalgr\u00f6\u00dfe, dem auf das Fluid wirkenden Kr\u00e4ftefeld sowie den Fluideigenschaften beeinflusst wird, sind unterschiedliche Anteile gasf\u00f6rmig und fl\u00fcssig. Der gasf\u00f6rmige Anteil in der Str\u00f6mung wird bei bestimmtem Massendampfanteil durch den Volumendampfanteil (auch Dampfblasenanteil, engl. Void-Fraction) beschrieben.<\/p>\n
In Anlagen mit Wasser oder Sole als W\u00e4rmequelle oder -senke werden – aufgrund ihrer Kompaktheit – Plattenw\u00e4rme\u00fcbertrager am h\u00e4ufigsten eingesetzt. Ein Plattenw\u00e4rme\u00fcbertrager besteht aus einer Vielzahl speziell gepr\u00e4gter Platten, die jeweils um 180\u00b0 gedreht nacheinander aufgereiht, kraftschl\u00fcssig miteinander verl\u00f6tet sowie von den beiden Fluiden alternierend durchstr\u00f6mt werden. Die Pr\u00e4gung ist meist ein sinusf\u00f6rmiges Wellenmuster, die Zwischenr\u00e4ume besitzen bei dieser Pr\u00e4gung immer gleiche innere Volumina. Daneben sind asymmetrische Pr\u00e4gungen entwickelt worden, bei denen die K\u00e4ltemittelseite bei \u00e4hnlicher W\u00e4rme\u00fcbertragungsleistung zur symmetrischen Pr\u00e4gung ein geringeres inneres Volumen aufweist, was zur Einsparung von K\u00e4ltemittel f\u00fchrt. Hersteller von Plattenw\u00e4rme\u00fcbertragern geben jedoch keine Daten zur K\u00e4ltemittelf\u00fcllmenge in ihren Auslegungstools an, daneben sind nahezu keine validierten Berechnungsmethoden f\u00fcr die F\u00fcllmenge in Plattenw\u00e4rme\u00fcbertragern publiziert.<\/p>\n
In der Doktorarbeit sollen verschiedene Modelle zum Volumendampfgehalt, die zum Gro\u00dfteil f\u00fcr runde Geometrien und bestimmte weitere Randbedingungen aufgestellt wurden, recherchiert, miteinander verglichen und f\u00fcr den Fall des Plattenw\u00e4rme\u00fcbertragers validiert werden. Eine Beschreibung von symmetrischer und asymmetrischer Plattenpr\u00e4gung allein mit Herstellerangaben soll erreicht werden. Die Modellberechnung und Validierung der Modelle wird in Modelica\/-Dymola realisiert. Zur Validierung der W\u00e4rme\u00fcbertrager wird ein Teststand in Betrieb genommen, mit dem maximal sechs unterschiedliche Plattenw\u00e4rme\u00fcbertrager, deren Auswahl in der Doktorarbeit erfolgt, sowohl als Verdampfer als auch als Kondensator bei unterschiedlichen Betriebspunkten vermessen werden. Die Plattenw\u00e4rme\u00fcbertrager werden als komplettes Bauteil, inklusive Zu- und Abl\u00e4ufen vermessen. Dabei wird einerseits die K\u00e4ltemittelmasse durch Gravimetrie nach Schlie\u00dfen pneumatischer Ventile an Zu- und Ablauf des W\u00e4rme\u00fcbertragers bei station\u00e4ren Betriebsbedingungen sowie mit Thermografie und andererseits die \u00f6rtliche K\u00e4ltemittelverteilung durch eine Messmethode wie 3D-R\u00f6ntgencomputertomografie oder einem \u00a0\u00e4hnlichen 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\u00e4lteanlagen sind f\u00fcr verschiedenste Anwendungen (bspw. Lebensmittelk\u00fchlung, Geb\u00e4udeklimatisierung und -beheizung) unverzichtbar. Technische Grundlage der meisten K\u00e4lteanlagen ist ein K\u00e4ltekreis nach dem Kaltdampfkompressionsprozess, der die vier Hauptkomponenten Verdichter, Verfl\u00fcssiger, Expansionsventil und Verdampfer beinhaltet. Innerhalb dieses K\u00e4ltekreises zirkuliert ein K\u00e4ltemittel zum Transport der thermischen Energie von der W\u00e4rmequelle zur W\u00e4rmesenke. Das K\u00e4ltemittel […]<\/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\u00e4t Braunschweig Fakult\u00e4t Maschinenbau Institut f\u00fcr Thermodynamik","dbu_stipendiaten_betreuer":"Prof. Dr. J\u00fcrgen K\u00f6hler","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}]}}