Direktkontakt-Kondensationsintensivierung durch Tröpfchenbildung beim Zerfall eines Flüssigkeitsstrahls in einem gasförmigen Medium

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Mathias Joachim Krause
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544939191

Die Verwendung von Sprühflüssigkeiten in Kombination mit Wärmeaustauschprozessen, insbesondere Phasenwechselprozessen, wird in vielen kritischen Technologien eingesetzt, insbesondere in der Energieindustrie. Derartige Technologien finden sich z.B. in Dampfkraftwerken, wo kaltes Wasser in heißen Dampf eingespritzt wird, um die Temperatur des zugeführten Dampfes in der Turbine zu senken, sowie in Kontaktkondensatoren, wo der kalte Kontakt von nassem oder überhitztem Dampf diesen kondensiert und ein Kondensat bildet. Das wissenschaftliche Ziel des Projekts besteht darin, den Strahlaufbruch des Flüssigkeitsstroms beim Austritt aus einer unterkritischen Düse genau zu verstehen, sowie die Auswirkungen der Strömungsparameter auf den Prozess des Wärmeaustauschs mit dem gasförmigen Medium zu bewerten und zu optimieren. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der Kondensation von Wasserdampf in direktem Kontakt (Direct Contact Condensation - DCC) mit der Tropfenoberfläche. Insbesondere wird die physikalisch komplexe Spraybildung aus dem Einlassstrahl (Flüssigkeitsstrahlaufbruch) erforscht. Dies wird ermöglicht, durch hochentwickelte berührungslose Experimente mit optischen Methoden, sowie thermodynamisch konsistente mehrphasige Strömungssimulationen auf der Grundlage neuartiger mathematischer Modellierungsansätze und daraus resultierender effizienter numerischer Verfahren (wie z. B. Lattice-Boltzmann-Methoden) implementiert im Open-Source-Code OpenLB. Auf diese Weise wird die gleichzeitige Abbildung von Mechanismen bei der Bildung von Flüssigkeitsströmen und den Prozessen der Flüssigkeitszerstäubung, Tropfenbildung und Kondensation, erstmals umgesetzt. Das korrekte Verständnis dieser Mechanismen, abhängig von den geometrischen Parametern der Auslassdüse und den Randbedingungen, wird die Wirkungsanalyse der Strömungseigenschaften auf die Wärmeübertragungseffizienz und den Phasenwechsel möglich machen. Infolgedessen wird das Projekt die großskalige Nutzbarkeit und die Ausschöpfung der Technologie von DCC-Systemen in der Energieindustrie und darüber hinaus vorantreiben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Pawel Madejski