Die Alterung unerwünschter Ablagerungen auf wärmeübertragenden Oberflächen vermindert die thermohydraulische Effizienz von Wärmeübertragungssystemen und erschwert gleichzeitig die Reinigung technischer Oberflächen. In dieser Arbeit wurden die morphologischen, thermischen und mechanischen Alterungseffekte molkenprotein-basierter Foulingschichten mit mittleren inneren Temperaturen von 80 °C bis 110 °C untersucht. Dazu wurden spezielle apparative und experimentelle Herangehensweisen erarbeitet, sodass sich graduelle Unterschiede entlang des Querschnitts von Foulingschichten hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit und der Festigkeit darstellen ließen. Dabei wurde eine weniger temperatursensitive Alterung von Foulingschichten unterhalb von 90 °C aufgezeigt, während oberhalb von 90 °C eine starke Temperatursensitivität vorlag. Diese Beobachtung steht in Zusammenhang mit der temperaturabhängigen Denaturierungskinetik der Molkenproteine. Gleichzeitig wurde unterschiedliches, elastisch bis sprödes Materialverhalten analysiert, das auf verschiedene Grenztemperaturen schließen ließ und einen Einfluss auf den Abtragsmechanismen und damit die Reinigung erwarten lässt.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Diese Dissertation entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftliche
Mitarbeiterin am Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik an der TU
Bergakademie Freiberg.
Sie befasst sich mit der Modellierung gasbeheizter Mantelstrahlrohre.
Zur Analyse der hydrody- und thermodynamischen Phänomene innerhalb
und außerhalb des zweistufigen Drallbrenners mit Diffusionsflamme und
interner Abgasrezirkulation werden validierte 3D-CFD Studien eingesetzt.
Es erfolgt die Unterteilung in fünf Bereiche: die zwei Rekuperatoren, die
Verbrennungszonen, die 180° Umlenkung und der Ofenraum.
Zur Beschreibung des Wärmeleitprozesses im Ofen werden fraktionelle
Differentiale mit den Randbedingungen von Konvektion und Strahlung gelöst.
Es erfolgt die inverse Parameterschätzung unbekannter Werkstoffeigenschaften
der Ofenmaterialien mittels der Jaya-Optimierung.
Unter Berücksichtigung der Kopplung an die Prozessraumbedingungen
werden Geometrieänderungen der Umlenkung analysiert. Dabei erfolgt
die Berechnung im Umlenkbereich analytisch als Lösung der N.-St. Gleichungen
sowie der Wärmeleitungsgleichung mittels FDM in drei Koordinatensystemen:
eben, zylindrisch und quasi-toroidal.
Das Abgasrezirkulat wird analytisch aus der Impulsbilanz für koaxiale
Freistrahlen bestimmt. Ein allgemeingültiges reduziertes Modell für Wärmeübertrager
im Gegenstromprinzip wird ebenfalls entwickelt.
Es wird die Möglichkeit geschaffen sowohl Geometriestudien zur Auslegung
berechnen als auch Optimierungsfragen beantworten zu können.
Aktualisiert: 2021-03-31
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Plattenwärmeübertrager (PWÜ) weisen im Vergleich zu anderen Wärmeübertragerbauarten
viele positive Eigenschaften auf. Trotz stetig steigender Einsatzgebiete,
auch für die Kondensation, gibt es in der frei zugänglichen Literatur noch
keine belastbaren Berechnungsmodelle für den Druckverlust und den Wärmeübergang
während dem Phasenwechsel in diesen Apparaten. Das Ziel dieser
Arbeit ist die grundlegende Untersuchung der zweiphasigen Strömungen und
deren Druckverluste und Wärmeübergänge während der Kondensation in einem
PWÜ.
In einem einzelnen gewellten Plattenspalt werden die sich ausbildenden zweiphasigen
Strömungsformen visualisiert und charakterisiert sowie in Strömungsformenkarten
kategorisiert. Der Zusammenhang der Strömungsformen mit den
zweiphasigen Reibungsdruckverlusten, den lokalen Wärmeübergängen und den
volumetrischen Dampfgehalten wird untersucht. In einem zweiten Versuchsstand
werden der Wärmeübergang und der Druckverlust während der Kondensation in
einem PWÜ als Teil eines Kompressionskältekreisprozesses analysiert. Durch lokale
Temperaturmessungen und dem Aufstellen von Energiebilanzgleichungen können
lokale Wärmeübergangskoeffizienten berechnet werden.
Auf Basis der experimentellen Ergebnisse an den Versuchsständen wird ein
phänomenologisches Modell für die abschnittsweise, strömungsformabhängige
Berechnung des Wärmeübergangs und des Druckverlustes hergeleitet.
Aktualisiert: 2019-10-17
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