Wärmeübergang bei der Verdampfung von Kohlendioxid an horizontalen Einzelrohren aus unterschiedlichen Materialien

Kohlendioxid gewinnt als natürliches Kältemittel immer mehr an Bedeutung und wird bereits in Kälteanlagen und Wärmepumpen eingesetzt. Eine wichtige Aufgabe bei der Entwicklung dieser Anlagen ist die Verbesserung des Wärmeübergangs im Verdampfer. Um die Grundlagen für deren technische Auslegung zu erweitern und damit die Leistungszahl der Anlagen zu erhöhen, werden die Wärmeübergangskoeffizienten experimentell ermittelt. In Anlehnung an eine bekannte Apparatur zur Messung des Wärmeübergangs beim Blasensieden wurde eine Versuchsanlage entworfen und aufgebaut, die es ermöglicht, den Wärmeübergangskoeffizienten bei Kältemitteln mit Verdampfungstemperaturen bis -80°C zu bestimmen. Die experimentellen Untersuchungen zum Wärmeübergangskoeffizienten von Kohlendioxid am horizontalen Einzelrohr erstrecken sich vom Tripelzustand bei etwa -56°C bis -30°C bzw. den dazugehörigen Druckbereich (5,3. 14,0) bar. Sie beinhalten die Variation verschiedener Parameter, wie der Wärmestromdichte zwischen 200 W/ m2 und 80.000 W/m2. Dabei wird der Einfluss des Wandmaterials (Kupfer, Edelstahl und Aluminium) auf den Wärmeübergang unter Beachtung des zusätzlichen Einflusses der Oberflächenrauigkeit und der Bearbeitung der Oberfläche untersucht. Um den bei den experimentellen Untersuchungen ermittelten Einfluss des Wandmaterials auf den Wärmeübergang zu erklären, werden instationäre Temperaturverteilungen in der Heizwand, bestehend aus unterschiedlichen Materialien, berechnet.