Blasensieden - Modellierung des Wärmeübergangs bei geringen Wärmestromdichten

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Karl Stephan
• Subject Area: Technical Thermodynamics
• Term: from 1998 to 2003
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5096268

Das beantragte Forschungsvorhaben hat zum Ziel, das am Institut des Antragstellers entwickelte Mikrozonenmodell zur Berechnung des Wärmeübergangs beim Blasensieden zu verbessern. In diesem sind bisher die Strömung und der Wärmeübergang in der angrenzenden wandnahen Flüssigkeit, der sogenannten Makrozone, nur grob modelliert worden. Dabei wurde instationäre Wärmeleitung in einer durch natürliche Konvektion gebildeten Grenzschicht angenommen.Dazu soll das Strömungs- und das Temperaturfeld untersucht werden, das sich um eine wachsende Blase einstellt, unter Berücksichtigung der freien Konvektionströmung im blasenfreien Bereich an der Heizwand.Bisher wurde das Strömungs- und Temperaturfeld um eine starre Blase berechnet. In dem noch laufenden Vorhaben soll noch das Strömungs- und Temperaturfeld um eine mit vorgegebener Geschwindigkeit wachsende Einzelblase untersucht werden. Im hier beantragten Folgevorhaben soll dann die Blasenoberfläche und damit die Blasenkontur als frei veränderliche Phasengrenzfläche unter Berücksichtigung der Kräfte-, Massen- und Energiebilanz und der kinematischen Randbedingungen an der Phasengrenze sowie das Strömungs- und Temperaturfeld um eine solche Blase modelliert und berechnet werden.Das sich die Vorgänge in der Mikro- und Makrozone gegenseitig beeinflussen, sind die Ergebnisse des Mikro- und des Makrozonenmodells zu koppeln, um so zu einem Gesamtmodell des Wärmeübergangs an einer wachsenden Einzelblase zu kommen. Die Längen- und Zeitskalen in der Mikro- und der anschließenden Makrozone überspannen bis zu fünf Zehnerpotenzen, was zu numerischen Schwierigkeiten führt, die mit kommerziellen oder frei verfügbaren Simulationspaketen nicht zu lösen sind.Die Resultate werden auch eine genauere Berechnung von Blasenabreißdurchmessern ermöglichen, wofür es bisher nur grobe Näherungsmodelle gibt.

• DFG Programme: Research Grants