Numerische Simulation von Verdampfungsprozessen

Vergleich unterschiedlicher Rippenformen beim zweiphasigen Wärmeübergang

Berechneter Dampfgehalt (oben) und Temperaturverteilung (unten) beim zweiphasigen Wärmeübergang für unterschiedliche Rippenformen

Wärmeübergangsprozesse mit Verdampfung stellen ein anspruchsvolles Teilgebiet der technischen Thermodynamik dar.

Zur gekoppelten numerischen Simulation solcher Prozesse einschließlich der Wärmeleitung im Festkörper wurden von der ASD GmbH eigene Software-Tools basierend auf kommerzieller Strömungssimulationssoftware entwickelt, die anhand experimenteller Daten validiert wurden.

Es können dabei folgende Bedingungen berücksichtigt werden, wobei Anpassungen an konkrete Aufgabenstellungen möglich sind:

stationäre und instationäre Prozesse
erzwungene und freie Konvektion
konstanter oder variierender Systemdruck
Systeme mit freier Oberfläche der Flüssigkeit
gekoppelte Berechnung von Festkörper und Flüssigkeit

Es können beispielsweise Fragestellungen mit Fokus auf Aufheiz- oder Abkühlzeiten, räumlicher Temperaturverteilung in Flüssigkeit und Festkörper, Verdampfungsraten oder der Gefahr des Auftretens von Filmsieden (die dabei vorhandene geschlossene Dampfschicht bedingt einen schlechten Wärmeübergang an die Flüssigkeit) beurteilt werden.

Bei den weitaus meisten Anwendungen entziehen sich die Temperatur- und Dampfgehaltverteilungen den meßtechnischen Möglichkeiten. Die Optimierung des jeweiligen Systems ist dann aufgrund der fehlenden Informationen allein auf der Basis von punktuellen Meßwerten oder stark vereinfachenden empirischen Berechnungsansätzen nur unzureichend möglich.

Mit dem von der ASD GmbH entwickelten Modell zum zweiphasigen Wärmeübergang steht ein "gläsernes" System zur Verfügung, durch das die Entscheidung hinsichtlich der optimalen Variante auf eine wesentlich breitere Wissensbasis als bei rein meßtechnischen Untersuchungen gestellt wird.